人教课标版高中物理必修一第三章第二节《.实验：探究加速度与力.质量的关系》PPT课件.ppt

第2讲 两类动力学问题 超重和失重,基础导学,一、动力学的两类基本问题 1已知受力情况求运动情况 根据牛顿第二定律，已知物体的 情况，可以求出物体的加速度；再知道 物体的初始条件(初位置和初速度)，根据 ，就可以求出物体在任 一时刻的速度和位置，也就求出了物体的运动情况 2已知物体的运动情况，求物体的受力情况 根据物体的运动情况,由 可以求出加速度,再根据 可 确定物体的合外力，从而求出未知力，或与力相关的某些量，如动摩擦因数、 劲度系数、力的方向等,受力,运动学公式,运动学公式,牛顿第二定律,二、超重和失重 1超重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受重力的情况 (2)产生条件：物体具有 的加速度 2失重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受重力的情况 (2)产生条件：物体具有 的加速度 3完全失重 (1)定义：物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力) 的情况称 为完全失重现象 (2)产生条件：物体的加速度a .,大于,向上,小于,向下,等于零,g,三、单位制 1单位制由基本单位和导出单位共同组成 2力学单位制中的基本单位有米(m)，千克(kg)，秒(s) 3导出单位有牛顿(N)，米/秒(m/s)，米每二次方秒(m/s2),自我诊断,1关于力学单位制说法中正确的是 ( ) Akg、m/s、N是导出单位 Bkg、m、J是基本单位 C在国际单位制中，质量的基本单位是kg，也可以是g D只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是Fma 解析：在力学单位制中，kg、m、s为基本单位，m/s、J和N均为导出单位， A、B均不正确；g不是国际单位的基本单位，C不正确；只有在国际单位制 中,Fkma中的k才为 “1 ”,牛顿第二定律的表达式才是Fma,故只有D正确 答案：D,2.如图321所示，质量为m的小物块以初速度v0沿足够长的固定 斜面上滑,斜面倾角为,物块与该斜面间的动摩擦因数tan ， 下图表示该物块的速度v和所受摩擦力Ff随时间t变化的图线(以初 速度v0的方向为正方向)中可能正确的是 ( ),图321,解析：因为tan ，所以重力沿斜面向下的分力小于滑动摩擦力，物体沿斜 面上滑时做匀减速运动，所受摩擦力为滑动摩擦力，当速度减为零时，物体静 止，受到静摩擦力，故选项A、C正确 答案：AC,3为了使航天员适应失重环境，要对航天员进行失重训练，目前国际上的失重 训练有两种方法：失重飞机训练和失重水槽训练，失重飞机训练可采用如下 方法：航天员乘坐质量为5104 kg的客机，以200 m/s的速度沿30倾角直线 爬升到7 000 m高空后竖直向上拉起，沿竖直方向以200 m/s的初速度向上做匀 减速直线运动，匀减速的加速度为g，当飞机到最高点后立即掉头向下，仍沿 竖直方向以加速度g做匀加速运动，在这段时间内可以创造出完全失重状态， 当飞机离地2 000 m高时为了保证安全必须拉 起，如图322所示若飞机飞行时所受的 空气阻力fkv(k900 Ns/m)，每次飞机速度 达到350 m/s后必须减速，停止失重训练，否 则飞机可能失速假设整个运动空间重力加 速度保持不变，取g10 m/s2.求：,图322,4(2011北京模拟)几位同学为了探究电梯启动和制动时的加速度大小，他们将 体重计放在电梯中一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10 层，之后又从10层直接回到1层并用照相机进行了相关记录，如图323 所示他们根据记录，进行了以下推断分析，其中正确的是 ( ),A根据图2和图3可估测出电梯向上起动时的加速度 B根据图1和图2可估测出电梯向上制动时的加速度 C根据图1和图5可估测出电梯向下制动时的加速度 D根据图4和图5可估测出电梯向下起动时的加速度,解析：由题图可知，图1是电梯没动,可知人所受重力并能计算出人的质量图 2是电梯向上加速起动，图3是电梯向上减速制动，图4是电梯向下加速起动， 图5是向下减速制动由此结合牛顿第二定律Fma，由图1、2可以计算向上 起动的加速度，由图1、3可以计算向上制动的加速度，由图1、4可以计算向下 起动的加速度，由图1、5可以计算向下制动的加速度，故选项C正确，其余错 误 答案：C,5(2010浙江理综，14)如图324所示，A、B两物体叠 放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)下列 说法正确的是 ( ) A在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力 解析：对于A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态， 不论上升还是下降过程，A对B均无压力，只有A项正确 答案：A,图324,6(2010福建理综，16)质量为2 kg的物体静止在足够 大的水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2， 最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等从t0时 刻开始，物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水 平拉力F的作用，F随时间t的变化规律如图325所 示重力加速度g取10 m/s2，则物体在t0至t12 s这段时间的位移大小为( ) A18 m B54 m C72 m D198 m 解析：物体与地面间最大静摩擦力Ffmg 0.2210 N4 N.由题给Ft图象知03 s内， F4 N，说明物体在这段时间内保持静止不动. 36 s内，F8 N,说明物体做匀加速运动,加速度,图325,一、对超重和失重的进一步理解 1不论超重、失重或完全失重，物体的重力不变，只是 “视重”改变 2物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动 还是向下运动，而在于物体是有向上的加速度还是有 向下的加速度. 3当物体处于完全失重状态时，重力只产生使物体具有ag的加速度效果，不再 产生其他效果平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失 4物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的，其大小等于 ma.,山东高考T14的选项C： 跳水运动员被跳板弹起， 离开跳板向上运动属于超 重现象吗？,二、解答两类动力学问题的基本方法及步骤 1分析流程图,可见，不论求解哪一类问题，求解加速度是解题的桥梁和纽带，是顺利求解 的关键 2应用牛顿第二定律的解题步骤 (1)明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体 (2)分析物体的受力情况和运动情况，画好受力分析图，明确物体的运动性质 和运动过程 (3)选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向 为某一坐标轴的正方向 (4)求合外力F合 (5)根据牛顿第二定律F合ma列方程求解，必要时还要对结果进行讨论.,对超重、失重现象的理解,图326,某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490 N他将 弹簧秤移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内，弹簧秤的 示数如图327所示，电梯运行的vt图可能是(取电梯 向上运动的方向为正) ( ),图327,解析：从图可以看出，t0t1时间内，该人的视重小于其重力，t1t2时间内，视 重正好等于其重力，而在t2t3时间内，视重大于其重力，根据题中所设的正方 向可知，t0t1时间内，该人具有向下的加速度，t1t2时间内，该人处于平衡状 态，而在t2t3时间内，该人则具有向上的加速度，所以可能的图象为A、D. 答案：AD,图328,如图329所示，长12 m质量为50 kg的木板右端有一立柱木板置于水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数为0.1，质量为50 kg的人立于木板左端，木板与人均静止，当人以4 m/s2的加速度匀加速向右奔跑至木板的右端时，立刻抱住立柱(取g10 m/s2)，求：,(1)人在奔跑过程中受到的摩擦力的大小和方向； (2)人在奔跑过程中木板的加速度大小和方向； (3)人从开始奔跑至到达木板右端所经历的时间,图329,临界问题的分析及计算,【例3】如图3210所示，在倾角为30的光滑 斜面上有两个用轻质弹簧相连接的物块A、B，它 们的质量均为m，弹簧的劲度系数为k，C为一固 定挡板，系统处于静止状态现用一沿斜面方向 的力F拉物块A使之向上匀加速运动，当物块B刚要离开C时F的大小恰为2mg. 求：从F开始作用到物块B刚要离开C的时间 思路点拨：本题的情景是斜面上物体弹簧系统分离类问题，审题的关键是分析 物块B刚要离开C的临界条件,即物块B和C之间压力恰好为零且物块B速度为零,图3210,图3211,考查对超重、失重现象的理解,1.汶川大地震后，为解决灾区群众的生活问题，党和国家派出大量直升 机空投救灾物资有一直升机悬停在空中向地面投放装有物资的箱子, 如图3212所示设投放初速度为零，箱子所受的空气阻力与箱子 下落速度的平方成正比，且运动过程中箱子始终保持图示姿态在箱 子下落过程中，下列说法正确的是 ( ) A箱内物体对箱子底部始终没有压力 B箱子刚投下时，箱内物体受到的支持力最大 C箱子接近地面时，箱内物体受到的支持力比刚投下时大 D若下落距离足够长，箱内物体有可能不受底部支持力而“飘起来” 解析：因为下落速度不断增大，而阻力Ffv2，所以阻力逐渐增大，当Ffmg 时，物体开始匀速下落以箱和物体为整体：(Mm)gFf(Mm)a，Ff增大 则加速度a减小对物体：MgFNma，加速度减小，则支持力FN增大所以 物体后来受到的支持力比开始时要增大，不可能“飘起来” 答案：C,图3212,2一枚火箭由地面竖直向上发射，其速度和时间的关系图线如图3213所示， 则 ( ),图3213,At3时刻火箭距地面最远 Bt2t3的时间内，火箭在向下降落 Ct1t2的时间内，火箭处于失重状态 D0t3的时间内，火箭始终处于失重状态 解析：由速度图象可知，在0t3内速度始终大于零，表明这段时间内火箭一 直在上升，t3时刻速度为零，停止上升，高度达到最高，离地面最远，A正 确，B错误t1t2的时间内，火箭在加速上升，具有向上的加速度，火箭应 处于超重状态，而在t2t3时间由火箭在减速上升，具有向下的加速度，火箭 处于失重状态，故C、D错误 答案：A,考查两类动力学问题,4有一物块放在粗糙的水平面上，在水平向右的外力F作用下向右做直线运动， 如图3214甲所示，其运动的vt图象如图乙中实线所示，则下列关于外力 F的判断正确的是 ( ),图3214,A在01 s内外力F不断变化 B在1 s3 s内外力F恒定 C在3 s4 s内外力F不断变化 D在3 s4 s内外力F恒定 答案：BC,5如图3215所示，一小轿车从高为10 m、倾角为37的斜坡顶端从静止开 始向下行驶，当小轿车到达底端时进入一水平面，在斜坡底端115 m的地方有 一池塘，发动机在斜坡上产生的牵引力为2103 N，在水平地面上调节油门 后，发动机产生的牵引力为1.4104 N，小轿车的质量为2 t，小轿车与斜坡及 水平地面间的动摩擦因数均为0.5(g取10 m/s2)求：,图3215,(1)小轿车行驶至斜坡底端时的速度； (2)为使小轿车在水平地面上行驶而不掉入池塘，在水平地面上加速的时间不 能超过多少？(轿车在行驶过程中不采用刹车装置),6(2010海南卷，16)图3216中，质量为m的物块叠放在质量为2m的足够长的 木板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因数为 0.2.在木板上施加一水平向右的拉力F，在03 s内F的变化如图3217 所示，图中F以mg为单位，重力加速度g10 m/s2.整个系统开始时静止,图3216 图3217,(1)求1 s、1.5 s、2 s、3 s末木板的速度以及2 s、3 s末物块的速度； (2)在同一坐标系中画出03 s内木板和物块的vt图象，据此求03 s内物块 相对于木板滑过的距离,运动关系不明确、情境分析错误,图3218,正确解析：当传送带沿逆时针方向转动时，物体受到向左的摩擦力，且为滑动 摩擦力，虽然传送带的速度发生变化，但滑动摩擦力的大小不变，由平衡条件 可得F1F2，A错误、B正确；因L、v1、v2的大小关系不确定，所以物体到达左 端的过程中，可能一直做匀加速运动，此时所需时间相等，也可能先做匀加速 运动，再做匀速运动，此时t1t2，故C、D错误 答案：B 纠错心得：解决传送带类问题的关键是判断物体与传送带间的摩擦力的方向和 大小确定物体的运动状态，对运动过程进行分析，运动学、动力学以及功能关 系求