2018-2019學年高中物理同步重難講練之牛頓運動定律 專題06 牛頓運動定律的應用之超重與失重問題學案 新人教版必修1.doc
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專題06 牛頓運動定律的應用之超重與失重問題 重難講練 1.實重與視重 (1)實重:物體實際所受重力.物體所受重力不會因為物體運動狀態(tài)的改變而變化. (2)視重:用彈簧測力計或臺秤來測量物體重力時,彈簧測力計或臺秤的示數叫做物體的視重.當物體與彈簧測力計保持靜止或者勻速運動時,視重等于實重;當存在豎直方向的加速度時,視重不再等于實重. 2.產生超重的原因 當物體具有豎直向上的加速度a時,支持物對物體的支持力(或懸繩的拉力)為F.由牛頓第二定律可得:F-mg=ma.所以F=m(g+a)>mg.由牛頓第三定律知,物體對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)F′>mg. 3.超重的動力學特點 超重加速度方向向上(或有向上的分量). 4.對失重現象的理解 (1)從力的角度看:失重時物體受到豎直懸繩(或測力計)的拉力或水平支撐面(或臺秤)的支持力小于重力,好像重力變小了,正是由于這樣,把這種現象定義為“失重”. (2)從加速度的角度看:根據牛頓第二定律,處于失重狀態(tài)的物體的加速度方向向下(a≤g,如圖),這是物體失重的條件,也是判斷物體失重與否的依據. (3)從速度的角度看:只要加速度向下物體就處于失重狀態(tài),其速度可以向上也可以向下.常見的失重狀態(tài)有兩種:加速向下或減速向上運動. 5.對完全失重的理解:物體處于完全失重狀態(tài)(a=g)時,重力全部產生加速度,不再產生壓力(如圖),平常一切由重力產生的物理現象都會完全消失,如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液柱不再產生壓強等. 6. 判斷超重和失重的方法 從受力的 角度判斷 當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時,物體處于超重狀態(tài);小于重力時,物體處于失重狀態(tài);等于零時,物體處于完全失重狀態(tài) 從加速度的 角度判斷 當物體具有向上的加速度時,物體處于超重狀態(tài);具有向下的加速度時,物體處于失重狀態(tài);向下的加速度(a=g)時,物體處于完全失重狀態(tài) 從速度變化的角度判斷 ①物體向上加速或向下減速時,超重 ②物體向下加速或向上減速時,失重 【典例1】倫敦奧運會開幕式的彈跳高蹺表演中,一名質量為m的演員穿著這種高蹺從距地面H高處由靜止落下,與水平地面撞擊后反彈上升到距地面高h處。假設彈跳高蹺對演員的作用力類似于彈簧的彈力,演員和彈跳高蹺始終在豎直方向運動,不考慮空氣阻力的影響,則該演員( ) A.在向下運動的過程中始終處于失重狀態(tài) B.在向上運動的過程中始終處于超重狀態(tài) C.在向下運動的過程中先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài) D.在向上運動的過程中先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài) 【答案】 C 選項D錯誤。 【典例2】一個質量50 kg的人站在升降機的地板上,升降機的頂部懸掛了一只彈簧測力計,彈簧測力計下面掛著一個質量mA=5 kg的物體A,當升降機向上運動時,人看到彈簧測力計的示數為40 N,如圖所示,g取10 m/s2,求此時人對地板的壓力. 【答案】 400 N,方向向下 【解析】 依題意可知,彈簧測力計讀數為40 N,而物體A的重力G=mAg=50 N,顯然彈簧測力計的讀數小于物體的重力,即視重小于實重,物體A處于失重狀態(tài).由于人和A以及升降機三者具有相同的加速度,因此人也處于失重狀態(tài). 以A為研究對象,受力分析如圖甲所示. 由牛頓第二定律得 mAg-T=mAa 甲 乙 所以a== m/s2=2 m/s2,方向向下,人的受力如圖乙所示. 由牛頓第三定律可得,人對地板的壓力為400 N,方向向下. 【典例3】(2019屆寧夏銀川一中高三第二次月考) 若貨物隨升降機運動的vt圖象如圖所示 (豎直向上為正),則貨物受到升降機的支持力F與時間t關系的圖象可能是( ) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】根據速度時間圖線可知,貨物先向下做勻加速直線運動,根據牛頓第二定律得,mg-F=ma,解得F=mg-ma<mg,然后做勻速直線運動,F=mg,然后向下做勻減速直線運動,根據牛頓第二定律得,F-mg=ma,解得F=mg+ma>mg,然后向上做勻加速直線運動,根據牛頓第二定律得,F-mg=ma,解得F=mg+ma>mg,然后做勻速直線運動,F=mg,最后向上做勻減速直線運動,根據牛頓第二定律得,mg-F=ma,解得F=mg-ma<mg.故B正確,ACD錯誤。故選B. 【跟蹤訓練】 1.下列說法中正確的是( ) A.只有正在向上運動的物體,才有可能處于超重狀態(tài) B.超重就是物體所受的重力增大 C.物體處于超重狀態(tài)時,地球對它的引力變大 D.超重時物體所受的重力不變 【答案】 D 【解析】 只要物體加速度方向向上,物體就處于超重狀態(tài),物體也可能向下做減速運動,故A錯誤.超重時物體的重力不變,地球對物體的吸引力也不變,故B、C錯誤,D正確. 2. 某人在地面上最多可舉起50 kg 的物體,當他在豎直向上運動的電梯中最多舉起了60 kg的物體時,電梯加速度的大小和方向為(g=10 m/s2)( ) A.2 m/s2 豎直向上 B. m/s2 豎直向上 C.2 m/s2 豎直向下 D. m/s2 豎直向下 【答案】 D 3.(多選)在升降機內,一人站在磅秤上,發(fā)現自己的體重減輕了20%,則下列判斷可能正確的是(g取10 m/s2) ( ) A.升降機以8 m/s2的加速度加速上升 B.升降機以2 m/s2的加速度加速下降 C.升降機以2 m/s2的加速度減速上升 D.升降機以8 m/s2的加速度減速下降 【答案】 BC 【解析】 人發(fā)現體重減輕,說明人處于失重狀態(tài),加速度向下,由mg-N=ma,N=80%mg,故a=0.2 g=2 m/s2,方向向下.升降機可能加速下降,也可能減速上升,故B、C正確. 4. 如圖所示,A、B兩物體疊放在一起,以相同的初速度上拋(不計空氣阻力).下列說法正確的是( ) A.在上升和下降過程中A對B的壓力一定為零 B.上升過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力 C.下降過程中A對B的壓力大于A物體受到的重力 D.在上升和下降過程中A對B的壓力等于A物體受到的重力 【答案】 A 【解析】 以A、B作為整體,上升過程只受重力作用,所以系統的加速度為g,方向豎直向下,故系統處于完全失重狀態(tài),A、B之間無彈力作用,A正確,B錯誤.下降過程,A、B仍是處于完全失重狀態(tài),A、B之間也無彈力作用,C、D錯誤. 5.“蹦極”是一項非常刺激的體育運動。某人身系彈性繩自高空p點自由下落,圖中a點是彈性繩的原長位置,c是人所到達的最低點,b是人靜止懸吊時的位置,人在從p點下落到最低點c點的過程中,下列說法錯誤的是( ) A. 在pa段做自由落體運動,處于完全失重狀態(tài) B. 在ab段繩的拉力小于人的重力,處于失重狀態(tài) C. 在bc段繩的拉力大于人的重力,處于超重狀態(tài) D. 在c點,速度為零,處于平衡狀態(tài) 【答案】D 小于人的重力,故合力是向下的,加速度是向下的,故在ab段繩的拉力小于人的重力,人處于失重狀態(tài),所以B正確; C項:因為b是人靜止地懸吊著時的平衡位置,故此點彈性繩的彈力等于物體的重力,故在此點之后,彈力大于人的重力,故合力是向上的,加速度是向上的,故在ab段繩的拉力大于人的重力,人處于超重狀態(tài),所以C正確; D項:c是人所到達的最低點,故速度為零.但是c點的彈力最大,故物體向上的加速度達到最大,所以D錯誤,符合題意。 故應選D。 6.一興趣小組做了一次實驗,實驗時讓某同學從桌子上跳下,自由下落H后雙腳觸地,他順勢彎曲雙腿,他的重心又下降了h后停住,利用傳感器和計算機顯示該同學受到地面的支持力F隨時間變化的圖象如圖所示。根據圖象提供的信息,以下判斷正確的是( ) A. 在0至t2時間內該同學處于失重狀態(tài) B. t2時刻該同學的加速度為零 C. t3時刻該同學的速度達到最大 D. 在t3至t4時間內該同學處于超重狀態(tài) 【答案】ABD 【解析】在0到t2時間內,支持力的大小小于重力,加速度方向向下,所以該同學處于失重狀態(tài),A正確;在t2時刻,支持力的大小等于重力,加速度為0,速度達到最大,B正確,C錯誤;在t3到t4時間內,支持力的大小大于重力,加速度方向向上,所以該同學處于超重狀態(tài),D正確;故選項ABD. 7. 在升降的電梯內的水平地面上放一體重計,電梯靜止時,吳力同學站在體重計上,體重計的示數為60 kg,電梯運動時,某一段時間吳力同學發(fā)現體重計的示數為72 kg,在這段時間內下列說法正確的是( ) A.吳力同學所受的重力變大了 B.吳力同學對體重計的壓力大于體重計對他的支持力 C.電梯的加速度大小為g,方向一定豎直向上 D.電梯的運動方向一定豎直向上 【答案】 C 加速度向上,電梯可能加速上升,也可能減速下降,選項D錯誤。 8. 質量是60 kg的人站在升降機中的體重計上,如圖所示,當升降機做下列各種運動時,體重計的讀數是多少?(g取10 m/s2) (1)升降機勻速上升; (2)升降機以4 m/s2的加速度勻加速上升; 【答案】 (1)600 N (2)840 N 【解析】 以人為研究對象受力分析如圖所示: (1)勻速上升時a=0,所以N-mg=0 N=mg=600 N. 據牛頓第三定律知 N′=N=600 N. 據牛頓第三定律知: N′=N=840 N. 模擬提升 1.(2019屆甘肅省酒泉市敦煌中學高三二診) 下列關于超重、失重現象的說法正確的是( ?。? A. 汽車駛過拱形橋頂端時處于失重狀態(tài),此時質量沒變,重力減小了 B. 蕩秋千的小孩通過最低點時處于失重狀態(tài),此時拉力小于重力 C. 宇航員在飛船內處于完全失重狀態(tài),而正在進行太空行走的宇航員在飛船外則處于平衡狀態(tài) D. 電梯加速上升時,電梯中的人處于超重狀態(tài),受到的支持力大于重力 【答案】D 【解析】A、汽車駛過拱形橋頂端時有豎直向下的加速度,處于失重狀態(tài),此時質量沒變,重力不變,故A錯誤; B、蕩秋千時秋千擺到最低位置時,加速度方向向上,故人處于超重狀態(tài),故B錯誤; C、無論宇航員在艙內或是在艙外,都隨著飛船一起做勻速圓周運動,萬有引力提供向心力,所以不是處于平衡狀態(tài),故C錯誤; D、電梯加速上升時,加速度向上,處在電梯中的人處于超重狀態(tài),受到的支持力大于重力,故D正確; 故選D。 2.(2019屆北京市中國人民大學附屬中學高三上10月月考) 如圖 所示,某同學站在體重計上觀察超重與失重現象。由穩(wěn)定的站姿變化到穩(wěn)定 的蹲姿稱為“下蹲”過程;由穩(wěn)定的蹲姿變化到穩(wěn)定的站姿稱為“起立”過程。她穩(wěn)定站 立時,體重計的示數為 A0,關于實驗現象,下列說法正確的是 A. “起立”過程中,體重計的示數一直大于 A0 B. “起立”過程中,先出現失重現象后出現超重現象 C. “起立”、“下蹲”過程,都能出現體重計的示數大于 A0 的現象 D. “起立”、“下蹲”過程,都能出現體重計的示數小于 A0 的現象 【答案】CD 出現體重計的示數小于 A0的現象;故CD正確,AB錯誤。故選CD。 3.(2019屆河北省忠德學校衡水教學部高三上第一次月考) 圖中A為磁鐵,C為膠木秤盤,A和C(包括支架)的總質量為,為鐵片,質量為,整個裝置用輕繩懸掛于O點.當電磁鐵通電,鐵片被吸引上升的過程中,輕繩上拉力的大小為 ( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】當電磁鐵通電前,繩的拉力應為,當電磁鐵通電后,鐵片被吸引上升,鐵片被吸引,大小相等、方向相反,且作用在兩個不同的物體上,所以,繩的拉力大于(M+m)g.所以選項D正確,ABC錯誤。 4.(2019屆云南省師范大學附屬中學高三上第二次月考) 實驗小組利用DS系統,觀察超重和失重現象。他們在學校電梯房內做實驗,某次實驗得到電梯內一物體的v-t圖象如圖所示,取豎直向上為正方向,下列說法錯誤的是 A. 物體在前38內的位移約為2.3m B. 在0≤t<3s這段時間內,電梯內的物體處于超重狀態(tài) C. 在3s≤t≤8s這段時間內,電梯內物體的速度和加速度都在減小 D. 在3s- 配套講稿:
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