瞬时问题与动态分析超重、失重.ppt

第 3 讲,瞬时问题与动态分析 超重、失重,1瞬时问题 研究某一时刻物体的 受力 和 运动 突变的关系称为力和运动的瞬时问题，简称“瞬时问题”瞬时问题常常伴随着这样一些标志性词语：“瞬时”、“突然”、“猛地”、“刚刚” 2动态分析 (1)当物体所受的合力发生变化时，物体的加速度一定 发生变化 ，物体的速度也要 变化 ，分析物体的受力变化、加速度变化和速度变化的问题称为动态分析问题,(2)按顺序对题目给定的物理过程进行分析的方法称为程序法动态分析问题要按程序法进行，应用程序法的关键是建立清晰的 运动图景 ，找出不同过程的 转折点 ，分段分析 3超重和失重 (1)实重：物体实际所受到的重力，它与物体的运动状态 无关 . 视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧秤的拉力或对台秤的压力将不再等于物体的 重力 ，此时弹簧秤的示数或台秤的示数称为物体的视重,(2)超重、失重、完全失重,一、瞬时问题 问题：怎样理解“轻绳”、“轻杆”、“轻弹簧”等模型？ 解答：“轻”是指质量和重力可以忽略不计，同一根绳、弹簧两端及中间各点的弹力大小都相等 “绳”或“线”：只能受拉力，不能受压力；形变量很小，其弹力可以突变,“杆”或“棒”：可以受拉力，也可以受压力，还可能受力不沿杆的方向；形变量很小，弹力可以突变 “弹簧”：可以受拉力，也可以受压力，形变量较大，其弹力不能突变,例1：如图331(a)所示，一质量为m的物体系于长度分别为l1、l2的两根细线上，l1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为，l2水平拉直，物体处于平衡状态,(1)现将图(a)中l2线剪断，求剪断瞬时物体的加速度 (2)若将图(a)中的细线l1改为质量不计的轻弹簧而其余情况不变，如图(b)所示，求剪断l2瞬间物体的加速度,解析：(1)因为l2被剪断的瞬间，l1上的张力大小发生了瞬时变化剪断瞬时物体的加速度agsin. (2)因为l2被剪断的瞬间，弹簧l1的长度来不及发生变化，其大小和方向都不变，剪断瞬时物体的加速度为gtan.,点评：分析瞬时问题，主要抓住两个技巧： (1)分析瞬时前后的受力情况及运动情况，列出相应的规律方程 (2)紧紧抓住轻绳模型中的弹力可以突变，轻弹簧模型中的弹力不能突变这个力学特征 警示：在中学物理中，除了弹簧，还有橡皮绳也是一个理想模型，受力时恢复形变需要一段时间，橡皮绳中的力不能突变另外，和轻弹簧相比，橡皮绳只能承受拉力不能承受压力，弹簧既能承受拉力又能承受压力,二、动态过程分析 问题：分析动态问题时应注意哪些问题？ 解答：(1)物体所受合力的方向决定了其加速度的方向，合力与加速度的大小关系是F合ma，只要合力为零，加速度才能为零，一般情况下，合力与速度无必然的联系，只有速度变化才与合力有必然的联系 (2)合力与速度同向时，物体加速，反之减速,例2：如图332所示，一轻质弹簧一端系在墙上的O点，另一端连接小物体，弹簧自由伸长到B点，让小物体m把弹簧压缩到A点，然后释放，小物体能运动到C点静止，物体与水平地面间的动摩擦因数恒定，试判断下列说法正确的是( ),A物体从A到B速度越来越大，从B到C速度越来越小 B物体从A到B速度越来越小，从B到C加速度不变 C物体从A到B先加速后减速，从B到C一直减速运动 D物体在B点所受合外力为零,解析：物体在A点时受到水平方向的两个力作用，向右的弹力kx和向左的摩擦力f，合力F合kxf，物体从AB过程中，弹力由大于f减至零，所以一开始阶段合力向右，中途有一点合力为零，然后合力向左，而v一直向右，故先做加速度越来越小的加速运动，在A到B中途有一点加速度为零，速度达到最大，接着做加速度越来越大的减速运动物体从BC的过程中，受到向左的弹力kx和向左的摩擦力f.随x的增大，F合增大，故物体继续做加速度增大的减速运动，一直减速到C点速度为零C选项正确,答案：C,点评：解决动态问题要求我们从读题开始，注意题中能划分多少个不同的过程或多少个不同的状态，然后对各个过程或状态进行分析 警示：物体的运动情况取决于物体所受的力和物体的初始速度初始速度很容易被同学忽略，希望引起重视,三、超重和失重 问题：用超重和失重解题有哪些注意点？ 解答：(1)超重和失重并不是物体重量的增减，不论超重还是失重，物体所受重力是不变的 (2)物体是超重还是失重，与物体向上运动还是向下运动无关，即超重还是失重与物体的速度大小和方向无关，而在于具有向上的加速度还是向下的加速度,例3：质量为m的人站在升降机里，如果升降机运动时加速度的绝对值为a，升降机底板对人的支持力Fmgma，则可能的情况是( ) A升降机以加速度a向下加速运动 B升降机以加速度a向上加速运动 C在向上运动中，以加速度a制动 D在向下运动中，以加速度a制动,解析：升降机对人的支持力Fmgma大于人所受的重力mg，故升降机处于超重状态，具有向上的加速度而A项中加速度向下，C项中加速度也向下，即处于失重状态故只有选项B、D正确,答案：BD,点评：处理超重、失重问题的方法仍然是牛顿运动定律，主要还是牛顿第二定律，以及利用牛顿第三定律把不能或不易直接求解的力转化为反作用力 警示：(1)物体超重或失重时，加速度方向不一定沿竖直方向，只要加速度有竖直向上的分量就是超重，加速度有竖直向下的分量就是失重 (2)物体超重或失重时，加速度的大小不一定是恒定的,1.(单选)一个小球(小球的密度小于水的密度)从较高的位置落下来，落入足够深的水池中，在小球从静止下落，直到在水中下落到最大深度的过程中，下列小球速度随时间变化的图线可能正确的是( ),A,2.(单选)下列四个实验中，能在绕地球飞行的太空实验舱中完成的是( ) A用天平测量物体的质量 B用弹簧秤测物体的重力 C用温度计测舱内的温度 D用水银气压计测舱内气体的压强,解析：绕地球飞行的太空实验舱处于完全失重状态，处于其中的物体也处于完全失重状态，物体对水平支持物没有压力，对悬挂物没有拉力用天平测量物体质量时，利用的是物体和砝码对盘的压力产生的力矩，压力为0时，力矩也为零，因此在太空实验舱内不能完成同理，水银气压计也不能测出舱内压强物体处于完全失重状态时，对悬挂物没有拉力，因此弹簧秤不能测出物体的重力温度计是利用了热胀冷缩的性质，因此可以测出舱内温度故只有选项C正确,答案：C,3.(多选)细绳拴一个质量为m的小球，小球将固定在墙上的弹簧压缩x，小球与弹簧不粘连如图333所示，将细线烧断后( ),A小球立即做平抛运动 B小球的加速度立即为g C小球离开弹簧后做匀变速运动 D小球落地过程中重力做功mgh,CD,4.(单选)如图334所示，一根轻弹簧竖直立在水平地面上，下端固定一小球从高