高中物理 重难点复习一本通 专题12 牛顿第二定律的应用 超重和失重重、难点通关学案 新人教版必修1.doc

专题12 牛顿第二定律的应用 超重和失重重难点1 力学两类问题一、从受力确定运动情况如果已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学的规律确定物体的运动情况二、从运动情况确定受力如果已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的力知识深化1解题步骤（1）确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力分析图（2）根据力的合成与分解，求合力（包括大小和方向）（3）根据牛顿第二定律列方程，求加速度（4）结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求运动学量任意时刻的位移和速度，以及运动时间等2流程受力情况合力f求a，求x、v0、v、t.三、多过程问题分析1当题目给出的物理过程较复杂，由多个过程组成时，要明确整个过程由几个子过程组成，将过程合理分段，找到相邻过程的联系点并逐一分析每个过程联系点：前一过程的末速度是后一过程的初速度，另外还有位移关系等2注意：由于不同过程中力发生了变化，所以加速度也会发生变化，所以对每一过程都要分别进行受力分析，分别求加速度【典例精析】【例1】如图所示，质量m2 kg的物体静止在水平地面上，物体与水平面间的滑动摩擦力大小等于它们间弹力的0.25倍，现对物体施加一个大小f8 n、与水平方向成37角斜向上的拉力，已知sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2.求：（1）画出物体的受力图，并求出物体的加速度；（2）物体在拉力作用下5 s末的速度大小；（3）物体在拉力作用下5 s内通过的位移大小【典例分析】首先分析物体所受的力，然后利用牛顿第二定律解答。【参考答案】（1）见解析图1.3 m/s2，方向水平向右 （2）6.5 m/s（3）16.25 m【例2】民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口，发生意外情况的飞机着陆后，打开紧急出口的舱门，会自动生成一个由气囊组成的斜面，机舱中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上来若某型号的客机紧急出口离地面高度为4.0 m，构成斜面的气囊长度为5.0 m要求紧急疏散时，乘客从气囊上由静止下滑到达地面的时间不超过2.0 s（g取10 m/s2），则：（1）乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大？（2）气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少？【典例分析】首先分析物体所受的力，然后利用牛顿第二定律解答。【参考答案】（1）2.5 m/s2（2）0.92【精准解析】（1）由题意可知，h4.0 m，l5.0 m，t2.0 s.设斜面倾角为，则sin .乘客沿气囊下滑过程中，由lat2得a，代入数据得a2.5 m/s2.（2）在乘客下滑过程中，对乘客受力分析如图所示，沿x轴方向有mgsin ffma，沿y轴方向有fnmgcos 0，又fffn，联立方程解得0.92.【例3】如图所示，acd是一滑雪场示意图，其中ac是长l8 m、倾角37的斜坡，cd段是与斜坡平滑连接的水平面人从a点由静止下滑，经过c点时速度大小不变，又在水平面上滑行一段距离后停下人与接触面间的动摩擦因数均为0.25，不计空气阻力（取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8）求：（1）人从斜坡顶端a滑至底端c所用的时间；（2）人在离c点多远处停下？【典例分析】首先分析物体所受的力，然后利用牛顿第二定律解答。【参考答案】（1）2 s（2）12.8 m 【精准解析】（1）人在斜坡上下滑时，对人受力分析如图所示设人沿斜坡下滑的加速度为a，沿斜坡方向，由牛顿第二定律得mgsin ffma fffn垂直于斜坡方向有 fnmgcos 0联立以上各式得agsin gcos 4 m/s2由匀变速运动规律得lat2 解得：t2 s1（从受力情况确定运动情况）（多选）一个静止在水平面上的物体，质量为2 kg，受水平拉力f6 n的作用从静止开始运动，已知物体与水平面间的动摩擦因数0.2（g取10 m/s2），则a2 s末物体的速度为2 m/s b2 s内物体的位移为6 mc2 s内物体的位移为2 m d2 s内物体的平均速度为2 m/s【答案】ac【解析】物体竖直方向受到的重力与支持力平衡，合力为零，水平方向受到拉力f和滑动摩擦力ff，则根据牛顿第二定律得fffma，又ffmg，联立解得，a1 m/s2.所以2 s末物体的速度为vat12 m/s2 m/s，a正确；2 s内物体的位移为xat22 m，b错误，c正确；2 s内物体的平均速度 m/s1 m/s，d错误2（从运动情况确定受力情况）质量为m3 kg的木块放在倾角为30的足够长斜面上，木块可以沿斜面匀速下滑如图所示，若用沿斜面向上的力f作用于木块上，使其由静止开始沿斜面向上加速运动，经过t2 s时间物体沿斜面上升4 m的距离，则推力f为（g取10 m/s2）a42 n b6 n c21 n d36 n【答案】d3（多过程问题分析）总质量为m75 kg的滑雪者以初速度v08 m/s沿倾角为37的斜面向上自由滑行，已知雪橇与斜面间的动摩擦因数0.25，假设斜面足够长sin 370.6，g取10 m/s2，不计空气阻力试求：（1）滑雪者沿斜面上滑的最大距离；（2）若滑雪者滑行至最高点后掉转方向向下自由滑行，求他滑到起点时的速度大小【答案】（1）4 m（2）4 m/s【解析】（1）上滑过程中，对滑雪者进行受力分析，如图所示，滑雪者受重力mg、支持力fn、摩擦力ff作用，设滑雪者的加速度为a1.根据牛顿第二定律有：mgsin ffma1，a1方向沿斜面向下在垂直于斜面方向有：fnmgcos ，又摩擦力fffn 由以上各式解得：a1g（sin cos ）8 m/s2滑雪者沿斜面向上做匀减速直线运动，速度减为零时的位移x4 m，即滑雪者沿斜面上滑的最大距离为4 m.（2）滑雪者沿斜面下滑时，对其受力分析如图所示重难点2 超重和失重一、超重和失重1超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，称为超重现象2失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，称为失重现象3完全失重：如果物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，这时物体正好以大小等于g、方向竖直向下的加速度运动，此时物体处于完全失重状态知识深化1视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力当物体处于超重或失重时，物体的重力并未变化，只是视重变了2超重、失重的比较：特征状态加速度视重（f） 与重力关系运动情况受力示意图平衡a0fmg静止或匀速直线运动超重向上由fmgma得fm（ga）mg向上加速或向下减速失重向下由mgfma得fm（ga）mg，故d错误 【例3】在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图象如图所示试由此图回答问题：（g取10 m/s2）（1）该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？（2）算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？【典例分析】首先分析物体所受的力，然后利用牛顿第二定律和超重失重的特点解答。【参考答案】（1）30 n不变（2）6.67 m/s26.67 m/s2【例4】气球下挂一重物，以v010 m/s匀速上升，当到达离地面高175 m处时，悬挂重物的绳子突然断裂，那么重物经多长时间落到地面？落地速度多大？（空气阻力不计，g取10 m/s2）【典例分析】首先分析物体所受的力，然后利用牛顿第二定律和超重失重的特点解答。【参考答案】7 s60 m/s 【精准解析】解法一分段法绳子断裂后，重物先匀减速上升，速度减为零后，再匀加速下降重物上升阶段，时间t11 s，由v2gh1知，h15 m重物下降阶段，下降距离hh1175 m180 m设下落时间为t2，则hgt，故t2 6 s重物落地速度vgt260 m/s，总时间tt1t27 s解法二全程法取初速度方向为正方向重物全程位移hv0tgt2，h175 m可解得t17 s，t25 s（舍去）。由vv0gt，得v60 m/s，负号表示方向竖直向下【技巧点拨】1分段法（1）上升过程：v00、ag的匀减速直线运动（2）下降过程：自由落体运动2全程法（1）整个过程：初速度v0向上、加速度g竖直向下的匀变速直线运动，应用规律vv0gt，hv0tgt2.（2）正负号的含义v0表示物体上升，v0表示物体下降h0表示物体在抛出点上方；h0表示物体在抛出点下方 1（对超重和失重的理解）（多选）在沈阳奥体中心进行的第十二届全运会女子跳高决赛中，福建名将郑幸娟以1米92的成绩成功卫冕如图为郑幸娟在本届全运会上以背越式成功地跳过了1.92米的高度若忽略空气阻力，g取10 m/s2.则下列说法正确的是a郑幸娟下降过程处于失重状态 b郑幸娟下降过程处于超重状态c郑幸娟起跳以后在上升过程中处于超重状态 d郑幸娟起跳时地面对她的支持力大于她的重力【答案】ad【解析】郑幸娟在整个跳高过程中，只受重力作用，处于失重状态，故a正确，b、c错误；起跳时，有向上的加速度，则地面对她的支持力大于她的重力，故d正确2（超重和失重问题的分析）如图所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的过程中的vt图象，则a物体在02 s处于失重状态 b物体在28 s处于超重状态c物体在810 s处于失重状态 d物体的质量未知，无法判断超重、失重状态【答案】c3（超重、失重和完全失重的有关计算）质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示重力加速度g取10 m/s2，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数（1）匀速上升；（2）以4 m/s2的加速度加速上升；（3）以5 m/s2的加速度加速下降【答案】（1）600 n（2）840 n（3）300 n【解析】（1）匀速上升时：由平衡条件得：fn1mg600 n，由牛顿第三定律得：人对体重计压力为600 n，即体重计示数为600 n.（2）加速上升时，由牛顿第二定律得：fn2mgma1，fn2mgma1840 n由牛顿第三定律得：人对体重计压力为840 n，即体重计示数为840 n.4（竖直上抛运动的有关计算）如图所示，一同学从一高