问题·自主·探究
问题1 小明刚在一家大商场找到一份工作,他手脚勤快麻利。一天,经理要他从一楼搬一箱并不很重的货物上八楼,然后把八楼的另一大箱货物搬回一楼。年轻的小明二话没说,扛上货物就进了电梯,令小明不解的是电梯启动上升时,感到肩上的货物明显重了,快到八楼时,肩膀又感到轻了。当小明从八楼扛上一大箱货物乘电梯下来时,又发生了令他更迷惑的现象,随着电梯开始下降,他感到肩上的货物明显轻了,快到一楼时,货物又"重"了。
你能对电梯升降时小明感觉到的"轻""重"情况作一详细的描述吗?能不能用学过的知识加以解释?不妨自己亲自去试一试,体验一番。
思路:此现象是由于超重和失重现象所导致。要解释该问题,首先要明确物体处于超重或失重状态的原因。
探究:根据牛顿第二定律列出方程。当电梯启动上升时,物体的加速度竖直向上,由牛顿第二定律可得F=mg+ma,可知货物受到小明的支持力大于货物的重力。根据牛顿第三定律,货物对小明的压力大于货物本身的重力,故电梯刚上升时,小明感到肩上的货物明显变重了;反之,当电梯到达目的楼时,物体的加速度竖直向下,同样由牛顿第二定律可得F=mg-ma,货物对小明的压力小于货物的重力,发生了失重现象。小明从楼上下来,开始时加速度竖直向下,发生失重现象;到达一楼时加速度方向竖直向上,发生超重现象。
问题2 请探究:将质量为m的物体由北京移到地球北极,其重力增大,这是"超重"现象吗?
思路:同一物体在地球不同地理位置上的重力不同,纬度越高其重力越大,反之纬度越低其重力越小。这种现象是由万有引力定律和地球自转等因素决定的。所谓"超重(失重)"是指当物体由于具有竖直向上(向下)的加速度,而使物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于(小于)物体所受重力的现象。这与物体的重力随所在位置的纬度变化而变化的现象是截然不同的。
探究:物体由北京移到地球北极,因地理位置的变化而导致物体重力的增加,这是由于地球对物体的引力的变化而导致的。物体的"超重"现象是因为具有竖直向上的加速度,使物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受的重力而发生的。
前者,物体的重力发生了真实的变化,但不是"超重"现象。后者,物体所受的重力并不变化,但确实是一种"超重"现象。
典题·热题·新题
例1 原来做匀速运动的升降机内,有一被伸长弹簧拉住的、具有一定质量的物体A静止放在地板上,如图6-4-1所示。现发现A突然被弹簧拉向右方,由此可判断,此时升降机的运动可能是( )
图6-4-1
A.加速上升 B.减速上升 C.加速下降 D.减速下降