高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 32 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 超重和失重課件

一、兩類動(dòng)力學(xué)問題 牛頓第二定律確定了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，使我們能夠把物體的受力情況與運(yùn)動(dòng)情況聯(lián)系起來 1已知受力情況求運(yùn)動(dòng)情況 已知物體的受力情況，根據(jù)牛頓第二定律，可以確定物體的運(yùn)動(dòng)情況，已知物體的初始條件(初位置和初速度)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，就可以求出物體在任一時(shí)刻的速度和位移，也就可以求解物體的運(yùn)動(dòng)情況 2已知物體的運(yùn)動(dòng)情況求物體的受力情況 根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可以求出加速度，再根據(jù)牛頓第二定律可確定物體的受力情況，從而求出未知的力，或與力相關(guān)的某些物理量如動(dòng)摩擦因數(shù)、勁度系數(shù)、力的方向等 二、超重和失重 1超重：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體重力的現(xiàn)象 2失重：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體重力的現(xiàn)象 3完全失重：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于 的現(xiàn)象大于大于小于小于零零 4產(chǎn)生條件：當(dāng)系統(tǒng)的加速度 (或有豎直向上的加速度分量)時(shí)，發(fā)生超重現(xiàn)象；當(dāng)系統(tǒng)的加速度 (或有豎直向下的加速度分量)時(shí)，發(fā)生失重現(xiàn)象；當(dāng)豎直向下的加速度等于 時(shí)，發(fā)生完全失重現(xiàn)象 5視重：當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下端或放在水平臺(tái)測(cè)力計(jì)上面時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)測(cè)力計(jì)的示數(shù)叫做 ，其大小 測(cè)力計(jì)所受物體的拉力或臺(tái)測(cè)力計(jì)所受物體的壓力豎直向上豎直向上豎直向下豎直向下重力加速度重力加速度視重視重等于等于 2一個(gè)年輕人在以a2 m/s2的加速度加速上升的升降機(jī)里最多能舉起質(zhì)量為m50 kg的重物，問當(dāng)升降機(jī)以同樣大小的加速度減速上升時(shí)，該年輕人最多能舉起的重物的質(zhì)量m為() A50 kg B100 kg C75 kg D125 kg 解析C對(duì)重物受力分析如圖甲所示 由FNmgma得FN600 N， 即此人的舉力為600 N. 當(dāng)電梯減速下降時(shí)受力分析如圖乙所示 由mgFNma 得m75 kg. 3.如圖所示，一輛有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的小車上有一水平放置的彈簧，其左端固定在小車上，右端與一小球相連設(shè)在某一段時(shí)間內(nèi)小球與小車相對(duì)靜止且彈簧處于壓縮狀態(tài)若忽略小球與小車間的摩擦力，則在此段時(shí)間內(nèi)小車可能是() A向右做加速運(yùn)動(dòng) B向右做減速運(yùn)動(dòng) C向左做加速運(yùn)動(dòng) D向左做減速運(yùn)動(dòng) 解析AD對(duì)小球水平方向受到向右的彈簧彈力FN，由牛頓第二定律可知，小球必定具有向右的加速度，小球與小車相對(duì)靜止故小車可能向右加速運(yùn)動(dòng)或向左減速運(yùn)動(dòng) 4(2010海南物理)下列說法正確的是() A若物體運(yùn)動(dòng)速率始終不變，則物體所受合力一定為零 B若物體的加速度均勻增加，則物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng) C若物體所受合力與其速度方向相反，則物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng) D若物體在任意相等的時(shí)間間隔內(nèi)位移相等，則物體做勻速直線運(yùn)動(dòng) 解析D若物體運(yùn)動(dòng)速率始終不變，速度大小不變，但速度方向可能變化，因此合力不一定為零，A錯(cuò)；物體的加速度均勻增加，即加速度在變化，是非勻加速直線運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)；物體所受合力與其速度方向相反，只能判斷其做減速運(yùn)動(dòng)，但加速度大小不能確定，C錯(cuò)；若物體在任意相等的時(shí)間間隔內(nèi)位移相等，則物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，D對(duì) 5.如圖所示，質(zhì)量為m的小球用水平輕彈簧系住，并用傾角為30的光滑木板AB托住，小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)當(dāng)木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度為多大？ 要點(diǎn)一對(duì)超重和失重的進(jìn)一步理解 1.不論超重、失重或完全失重，物體的重力不變，只是“視重”改變 2物體是否處于超重或失重狀態(tài)，不在于物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)，而在于物體是有向上的加速度還是有向下的加速度 3當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，重力只產(chǎn)生使物體具有ag的加速度效果，不再產(chǎn)生其他效果平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失 4物體超重或失重的多少是由物體的質(zhì)量和豎直加速度共同決定的，其大小等于ma. 【例1】某人在a2 m/s2勻加速下降的升降機(jī)中最多能舉起m175 kg的物體，則此人在地面上最多可舉起多大質(zhì)量的物體？若此人在勻加速上升的升降機(jī)中最多能舉起m250 kg的物體，則此升降機(jī)上升的最大加速度為多大？(取g10 m/s2) 【規(guī)律方法】判斷超重、失重現(xiàn)象會(huì)計(jì)算超重、失重的大小，能解釋有關(guān)實(shí)際生活中的超重、失重現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，完全失重的理解及產(chǎn)生的條件 (2011中山一模)如圖所示，木箱內(nèi)有一豎直放置的彈簧，彈簧上方有一物塊木箱靜止時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài)且物塊壓在箱頂上若在某一段時(shí)間內(nèi)，物塊對(duì)箱頂剛好無壓力，則在此段時(shí)間內(nèi)，木箱的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能為() A加速下降 B加速上升 C減速上升 D減速下降 解析BD木箱靜止時(shí)物塊對(duì)箱頂有壓力，則物塊受到箱頂向下的壓力，當(dāng)物塊對(duì)箱頂剛好無壓力時(shí)，表明系統(tǒng)有向上的加速度，是超重，選項(xiàng)B、D正確. 要點(diǎn)二解答兩類動(dòng)力學(xué)問題的基本方法及步驟 1.分析流程圖 可見，不論求解哪一類問題，求解加速度是解題的橋梁和紐帶，是順利求解的關(guān)鍵 2應(yīng)用牛頓第二定律的解題步驟 (1)明確研究對(duì)象根據(jù)問題的需要和解題的方便，選出被研究的物體 (2)分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，畫好受力分析圖，明確物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過程 (3)選取正方向或建立坐標(biāo)系，通常以加速度的方向?yàn)檎较蚧蛞约铀俣确较驗(yàn)槟骋蛔鴺?biāo)軸的正方向 (4)求合外力F合 (5)根據(jù)牛頓第二定律F合ma列方程求解，必要時(shí)還要對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論 【例2】質(zhì)量為2 kg的物體在水平推力F的作用下沿水平面做直線運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后撤去F，其運(yùn)動(dòng)的vt圖象如圖所示g取10 m/s2，求： (1)物體與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)； (2)水平推力F的大??； (3)010 s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)位移的大小 【答案】(1)0.2(2)6 N(3)46 m 【規(guī)律方法】對(duì)于兩類動(dòng)力學(xué)問題，無論哪種情況，聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的“橋梁”是加速度，在處理時(shí)，受力分析是關(guān)鍵，同時(shí)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)情況分析同樣重要，特別是由多個(gè)運(yùn)動(dòng)過程組成的較復(fù)雜的問題，更應(yīng)注意運(yùn)動(dòng)過程的分析 (2011東城區(qū)模擬)雜技中的“頂竿”由兩個(gè)演員共同表演，站在地面上的演員肩部頂住一根長竹竿，另一演員爬至竿頂端完成各種動(dòng)作后下滑若竹竿上演員自竿頂由靜止開始下滑，滑到竹竿底部時(shí)速度正好為零 已知竹竿底部與下面頂竿人肩部之間有一傳感器，傳感器顯示竿上演員自竿頂滑下過程中頂竿人肩部的受力情況如圖所示竹竿上演員質(zhì)量為m140 kg，竹竿質(zhì)量m210 kg，取g10 m/s2. (1)求竹竿上的人下滑過程中的最大速度v1； (2)請(qǐng)估測(cè)竹竿的長度h. 解析(1)由題圖可知，04 s，肩部對(duì)竹竿的支持力F1460 N(G1G2)，人加速下滑，設(shè)加速度為a1， 04 s竹竿受力平衡，受力分析如圖甲所示 由F1G2Ff， 得FfF1G2360 N， 對(duì)人受力分析如圖乙所示 FfFf360 N，又由牛頓第二定律得： G1Ffm1a1， 得a11 m/s2， t14 s時(shí)達(dá)到最大速度，設(shè)為v1，則 v1a1t14 m/s. 【答案】(1)4 m/s(2)12 m 要點(diǎn)三整體法與隔離法的選取原則 1.隔離法的選取原則 若連接體內(nèi)各物體的加速度不相同，且需要求物體之間的作用力就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來，將內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力，分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，并分別應(yīng)用牛頓第二定律列方程求解，隔離法是受力分析的基礎(chǔ)，應(yīng)重點(diǎn)掌握 2整體法的選取原則 若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且不需要求物體之間的作用力，可以把它們看成一個(gè)整體(當(dāng)成一個(gè)質(zhì)點(diǎn))來分析整體受到的外力，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度(或其他未知量) 3整體法、隔離法交替運(yùn)用原則 若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度，且要求物體之間的作用力時(shí)，可以先用整體法求出加速度，然后再用隔離法選取合適的研究對(duì)象，應(yīng)用牛頓第二定律求作用力即“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力” 【例3】如圖所示，質(zhì)量M10 kg的木楔ABC靜止于粗糙的水平面上，動(dòng)摩擦因數(shù)0.02.在木楔的傾角為30的斜面上，有一質(zhì)量m1.0 kg的木塊從靜止開始沿斜面下滑，當(dāng)滑行路程x1.4 m時(shí)，其速度v1.4 m/s，在此過程中木楔一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，g取10 m/s2，求 (1)地面對(duì)木楔的摩擦力的大小和方向； (2)木楔對(duì)地面的壓力大小 對(duì)整體在水平方向上運(yùn)用牛頓第二定律得Ffmaxmacos 解得Ff0.61 N，方向與ax同向，即水平向左 (2)對(duì)整體在豎直方向上運(yùn)用牛頓第二定律得 (Mm)gFNmaymasin 解得FN109.65 N. 【答案】(1)0.61 N，方向與ax同向，即水平向左 (2)109.65 N 【規(guī)律方法】當(dāng)求各部分間的作用力時(shí)一定要用隔離法考慮解題的方便有兩個(gè)原則：一是選出的隔離體方程 中應(yīng)包含所求的未知量；二是獨(dú)立方程的個(gè)數(shù)等于未知量的前提下，隔離體的數(shù)目應(yīng)盡可能少 如圖所示，光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m和2m的四個(gè)木塊，其中兩個(gè)質(zhì)量為m的木塊間用一不可伸長的輕繩相連，木塊間的最大靜摩擦力是mg.現(xiàn)用水平拉力F拉其中一個(gè)質(zhì)量為2m的木塊，使四個(gè)木塊以同一加速度運(yùn)動(dòng)，則輕繩對(duì)m的最大拉力為() 易錯(cuò)點(diǎn)1 對(duì)物體的受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析不準(zhǔn)導(dǎo)致錯(cuò)誤 【例1】如圖所示，質(zhì)量為m的物體用細(xì)繩拴住放在水平粗糙的傳送帶上，物體距傳送帶左端距離為L，穩(wěn)定時(shí)繩與水平方向的夾角為，當(dāng)傳送帶分別以v1、v2的速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(v1v2)，繩中的拉力分別為F1、F2；當(dāng)剪斷細(xì)繩時(shí)，物體到達(dá)左端的時(shí)間分別為t1、t2，則下列說法正確的是() AF1t2Dt1t2，故C、D錯(cuò)誤 【答案】B 【糾錯(cuò)心得】解決傳送帶類問題的關(guān)鍵是判斷物體與傳送帶間的摩擦力的方向和大小確定物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析，運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及功能關(guān)系求解 易錯(cuò)點(diǎn)2 對(duì)疊加物體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件理解不清導(dǎo)致錯(cuò)誤 【例2】如圖所示，物體A疊放在物體B上，B置于光滑水平面上A、B質(zhì)量分別為mA6 kg，mB2 kg，A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，開始時(shí)F10 N，此后逐漸增加，在增大到45 N的過程中，則() A當(dāng)拉力F12 N時(shí)，A物體相對(duì)B物體運(yùn)動(dòng)；F12 N時(shí)，A物體相對(duì)B物體不運(yùn)動(dòng)，誤選A、B.同時(shí)，還隱含的一個(gè)錯(cuò)因是對(duì)A選項(xiàng)的理解不正確，A中說兩物體均保持靜止?fàn)顟B(tài)，是以地面為參照物，顯然當(dāng)有力F作用在A物體上，A、B兩物體對(duì)地面來說是運(yùn)動(dòng)的 【正確解答】首先了解各物體的運(yùn)動(dòng)情況，B運(yùn)動(dòng)是因?yàn)锳對(duì)它有靜摩擦力，但由于靜摩擦力存在最大值，所以B的加速度存在最大值，可以求出此加速度下拉力的大??；如果拉力再增大，則物體間就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)所以這里存在一個(gè)臨界點(diǎn)，就是A、B間靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí)拉力F的大小，以A、B整體為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，A受水平向右的拉力，水平向左的靜摩擦力，有 FFfmAa 再以B為研究對(duì)象，B受水平向右的靜摩擦力 FfmBa 當(dāng)Ff為最大靜摩擦力時(shí)， 【答案】D 【糾錯(cuò)心得】兩個(gè)物體相接觸且處于相對(duì)靜止時(shí)，常存在靜摩擦力，它們相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件是：靜摩擦力達(dá)到最大值 1(2011四川理綜)如圖是“神舟”系列航天飛船返回艙返回地面的示意圖，假定其過程可簡化為：打開降落傘一段時(shí)間后，整個(gè)裝置勻速下降，為確保安全著陸，需點(diǎn)燃返回艙的緩沖火箭，在火箭噴氣過程中返回艙做減速直線運(yùn)動(dòng)，則() A火箭開始噴氣瞬間傘繩對(duì)返回艙的拉力變小 B返回艙在噴氣過程中減速的主要原因是空氣阻力 C返回艙在噴氣過程中所受合外力可能做正功 D返回艙在噴氣過程中處于失重狀態(tài) 解析A未點(diǎn)燃返回艙緩沖火箭時(shí)，整個(gè)裝置勻速運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)燃返回艙緩沖火箭后，整個(gè)裝置做減速運(yùn)動(dòng)，速度方向向下，加速度方向向上，受力分析，如圖甲所示，對(duì)降落傘來說，浮力和重力不變，可知傘繩對(duì)返回艙的拉力變小，選項(xiàng)A正確；對(duì)返回艙，受力分析，如圖乙所示，返回艙加速度方向向上，處于超重狀態(tài)，減速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能減小，合外力做負(fù)功，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤 2.(2011上海單科)受水平外力F作用的物體，在粗糙水平面上做直線運(yùn)動(dòng)，其vt圖線如圖所示，則() A在0t1秒內(nèi)，外力F大小不斷增大 B在t1時(shí)刻，外力F為零 C在t1t2秒內(nèi)，外力F大小可能不斷減小 D在t1t2秒內(nèi)，外力F大小可能先減小后增大 解析CDvt圖象的斜率表示加速度，在0t1秒內(nèi)，物體做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得：FFfma，所以外力F大小不斷減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在t1時(shí)刻，加速度為零，外力F大小等于摩擦力Ff的大小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在t1t2秒內(nèi)，物體做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得：FfFma，所以外力F可能不斷減小，選項(xiàng)C正確；若物體靜止前，外力F已減至零，則此后，外力F必再反向增大，選項(xiàng)D正確 3(2011天津理綜)某同學(xué)利用測(cè)力計(jì)研究在豎直方向運(yùn)行的電梯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)他在地面上用測(cè)力計(jì)測(cè)量砝碼的重力，示數(shù)為G.他在電梯中用測(cè)力計(jì)仍測(cè)量同一砝碼的重力，發(fā)現(xiàn)測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于G，由此判斷此時(shí)電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能是_ 解析測(cè)力計(jì)示數(shù)小于G，說明電梯處于失重狀態(tài)，加速度方向向下，則電梯可能是向下加速，也可能是向上減速 【答案】減速上升或加速下降 4(2011山東理綜)如圖所示，在高出水平地面h1.8 m的光滑平臺(tái)上放置一質(zhì)量M2 kg、由兩種不同材料連接成一體的薄板A，其右段長度l10.2 m且表面光滑，左段表面粗糙在A最右端放有可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊B，其質(zhì)量m1 kg，B與A左段間動(dòng)摩擦因數(shù)0.4.開始時(shí)二者均靜止，現(xiàn)對(duì)A施加F20 N水平向右的恒力，待B脫離A(A尚未露出平臺(tái))后，將A取走B離開平臺(tái)后的落地點(diǎn)與平臺(tái)右邊緣的水平距離x1.2 m(取g10 m/s2)求： (1)B離開平臺(tái)時(shí)的速度vB； (2)B從開始運(yùn)動(dòng)到剛脫離A時(shí)，B運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tB和位移xB； (3)A左段的長度l2. 【答案】(1)2 m/s(2)0.5 s0.5 m(3)1.5 m 5(2011上海單科)如圖，質(zhì)量m2 kg的物體靜止于水平地面的A處，A、B間距L20 m，用大小為30 N，沿水平方向的外力拉此物體，經(jīng)t02 s拉至B處(已知cos 370.8，sin 370.6，取g10 m/s2) (1)求物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)； (2)用大小為30 N，水平方向成37的力斜向上拉此物體，使物體從A處由靜止開始運(yùn)動(dòng)并能到達(dá)B處，求該力作用的最短時(shí)間 【答案】(1)0.5(2)1.03 s