高一物理教材(人教版)第三章第七節(jié),《超重與失重》中講到:升降機(jī)以a=0.5m/s2的加速度勻加速下降,站在升降機(jī)里的人質(zhì)量為50kg,問人對升降機(jī)地板的壓力為多大?
分析 在升降機(jī)中的人受到兩個力作用:重力G和地板對其的支持力F,人在G和F的合力作用下,以a=0.5m/s2的加速度豎直向下運(yùn)動。取豎直向下為正,由牛頓第二定律得:
mg-F=ma,
由此可得:mg-ma=F,
代入數(shù)據(jù):F=465N。
因為G=mg=490N>F,所以教材上把人對升降機(jī)的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受到的重力的情況稱為失重。
顯然,教材的這種闡述是嚴(yán)密的。然而筆者在聽一些教師講授該課時,常常拋開教材中的敘述,闡述為:物體具有向下的加速度時處于失重狀態(tài),這種說法一定正確嗎?以下是筆者的一點思考,供大家商討。
例 乘坐的翻滾過山車通過環(huán)形軌道的最高點時,人是處于超重還是失重狀態(tài)?
解 過山車通過軌道最高點時,人受重力G和座椅的壓力F作用,二者方向均豎直向下(如圖1所示),設(shè)此時過山車的線速度為v。
由牛頓第二定律得:
F+mg=mv2r,
所以F=mv2r-mg。
由上式知:(1)當(dāng)gr<v<2gr時,F(xiàn)<G,人處于失重狀態(tài)。
(2)當(dāng)v>2gr時,F(xiàn)>G,人處于超重狀態(tài)。
從上述結(jié)果可以看出,人通過軌道最高點時,雖然加速度的方向豎直向下,但人并不一定就處于失重狀態(tài)。
當(dāng)然,若把以上表述加上一個限制條件,作直線運(yùn)動的物體,當(dāng)具有向下的加速度時處于失重狀態(tài),該命題就成立了。
由此可見,教師在講授該部分內(nèi)容時,不能隨意改變教材中的表述,若要改變,應(yīng)充分考慮改變后的命題的成立條件。
(欄目編輯羅琬華)