《夺冠之路》福建专用高三物理一轮复习 第3章第4课时 牛顿运动定律的应用一超重与失重课件 鲁科版.ppt

第四课时牛顿运动定律的应用 一 超重与失重 1 通过复习理解超重 失重的条件并灵活应用牛顿第二定律进行计算 2 能根据动力学的图象分析解决动力学的基本问题 1 超重 失重现象 1 超重 当物体具有向上的加速度时 物体对支持面的压力n 或对悬挂物的拉力 大于物体的重力 2 失重 当物体具有向下的加速度时 物体对支持面的压力n 或对悬挂物的拉力 小于物体的重力 3 完全失重 物体加速度a g竖直向下 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于零的现象 1 判断一个物体是超重还是失重 可以从两个角度思考 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力和重力大小比较 根据运动物体加速度的方向 而不是速度方向 2 无论超重还是失重 物体所受重力不变 只是 视重 发生变化 2 动力学的图象 1 图象优点 图象在中学物理中应用十分广泛 这是因为它具有以下优点 能形象地表达物理规律 能直观地描述物理过程 能鲜明地表示物理量之间的依赖关系 2 图象种类 力学中的图象除了vt图象和st图象外 还有ft图象 fs图象 at图象等 具体应用时 理解图象的意义 熟练地运用图象分析表达物理规律十分重要 对应学生用书第38页 1 某同学把一体重计放在电梯的地板上 他站在体重计上随电梯运动并观察体重计示数的变化情况 下表记录了几个特定时刻体重计的示数 表内时间不表示先后顺序 若已知t0时刻电梯静止 则下列说法错误的是 a a t1和t2时刻该同学的质量并没有变化 但所受重力发生变化b t1和t2时刻电梯的加速度方向一定相反c t1和t2时刻电梯的加速度大小相等 运动方向不一定相反d t3时刻电梯可能向上运动解析 在任一时刻 该同学的质量和重力均不变 由t0时刻静止可知n g mg 即质量为45kg 在t1时刻n g 故有向上的加速度 在t2时刻n g 有向下的加速度 故b正确 运动方向向上 向下均有可能 故c d正确 2 如图所示 一个盛水的容器底部有一小孔 静止时用手指堵住小孔不让它漏水 假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动 且忽略空气阻力 则 d a 容器自由下落时 小孔向下漏水b 将容器竖直向上抛出 容器向上运动时 小孔向下漏水 容器向下运动时 小孔不向下漏水c 将容器水平抛出 容器在运动中小孔向下漏水d 将容器斜向上抛出 容器在运动中小孔不向下漏水解析 无论容器做上述何种运动 在不计空气阻力时 只有重力作用 处于完全失重状态 小孔不向下漏水 故选项d正确 3 如图所示 足够长的传送带与水平面夹角为 以速度v0逆时针匀速转动 在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块 小木块与传送带间的动摩擦因数 a2 在vt图象中 图线的斜率表示加速度 故选项d对 对超重 失重的理解1 超重 失重超重与失重产生的条件仅与加速度的方向有关 而与物体的速度大小和方向无关 超重 不能理解成重力增加了 失重 不能理解成重力减小了 完全失重 不能理解成物体的重力消失了 物体在这两种情况下重力不变 物体对支持面的压力或悬线的拉力发生了变化 2 根据运动情况判断超重 失重 例1 如图所示 台秤上有一装水容器 容器底部用一质量不计的细线系住一个空心小球 体积为1 2 10 3m3 质量为1kg 这时台秤的读数为40n 剪断细线后 在小球上升的过程中 台秤的读数是多少 水 1 103kg m3 答案 39 6n 易错的原因是只考虑到空心球的超重现象 而忽视了 水球 匀加速下降造成的失重 针对训练11 一个质量是50kg的人站在升降机的地板上 升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计 弹簧测力计下面挂着一个质量为ma 5kg的物体a 当升降机向上运动时 他看到弹簧测力计的示数为40n 如图所示 g取10m s2 求此时人对地板的压力 答案 400n 方向竖直向下 动力学中的图象问题图象法是直观地反映物理量之间关系的一种数学方法 具有明确的物理意义 图象中包含有丰富的信息 能直观地表示物理状态和过程 要认识坐标轴的意义 清楚图象斜率的意义 知道图象在坐标轴上截距的意义 理解图线所围 面积 的意义等 有些物理题不一定要求用图象法求解 采用其他方法同样能够解决 但是应用图象法解题思路清晰 在分析图象时 一定要与物体运动过程相结合 从中读取相关信息 找出所需条件 从而解决问题 例2 创新预测卷 12分 一同学想研究电梯上升过程的运动规律 乘电梯上楼时他携带了一个质量为5kg的砝码和一套便携式dis实验系统 砝码悬挂在力传感器上 电梯从第一层开始启动 中间不间断 一直到最高层停止 在这个过程中 显示器上显示出的力随时间变化的关系如图所示 取重力加速度g 10m s2 根据表格中的数据 求 1 电梯在最初加速阶段的加速度a1与最后减速阶段的加速度a2的大小 2 电梯在3 0s 13 0s时段内的速度v的大小 3 电梯在19 0s内上升的高度h 答案 1 1 6m s20 8m s2 2 4 8m s 3 69 6m 1 如何判断物体运动过程中的超重 失重 2 题目中物体运动共有几个阶段 答案 1 静止时质量为5kg的物体重力应为50n 0 3s内大于50n超重 13s 19s内小于50n失重 2 共三个阶段 0 3s内加速上升 3s 13s内匀速上升 13s 19s内减速上升 针对训练21 如图是电梯竖直上升过程的vt图象 若电梯质量为100kg 则承受电梯的钢绳所受到的拉力在0 2s内为 n 在2s 6s内为 n 在6s 9s内为 n g取10m s2 解析 题图是电梯竖直上升过程的vt图象 横坐标t和纵坐标v分别代表时间和速度 单位采用国际单位制 从图象上可知 电梯上升的过程共分三个阶段 0 2s内为匀加速直线运动 加速度a1为图象的斜率 即为3m s2 2s 6s内为匀速直线运动 且速度v等于第2s末的速度6m s 6s 9s内为匀减速直线运动 初速度为6m s 加速度a2的大小为2m s2 设这三个阶段中钢绳拉力大小分别为f1 f2 f3 根据牛顿第二定律 在第一阶段有f1 mg ma1即f1 m g a1 1300n在第二阶段有f2 mg 0即f2 mg 1000n在第三阶段有mg f3 ma2即f3 m g a2 800n 答案考点一 超重 失重的分析与计算 例1 基础题 升降机以5m s2的加速度竖直加速上升 升降机内质量为60kg的人对升降机地板的压力是 n 若此人在地面上最多能举起60kg的重物 则此时他最多能举起 kg的重物 g 10m s2 思路点拨 升降机加速上升时 人和物体都处于超重状态 而人的臂力和重力不变 结合牛顿第二定律受力分析求解 答案 90040 掌握物体的重力不变 人的臂力不变是解此类问题关键 考点二 图象问题的应用 例2 能力题 斜面上的物体受到平行于斜面向下的力f的作用 力f随时间变化的图象及物体运动的vt图象如图所示 由图象中的信息能够求出的量或可以确定的关系是 a 物体的质量mb 斜面的倾角 c 物体与斜面间的动摩擦因数 d tan 答案 a 2010年山东理综 16 如图 甲 所示 物体沿斜面由静止滑下 在水平面上滑行一段距离后停止 物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同 斜面与水平面平滑连接 如图 乙 中v a f和s分别表示物体速度大小 加速度大小 摩擦力大小和路程 图 乙 中正确的是 c 解析 物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同 由物体的受力知物体在斜面上做匀加速直线运动 在水平面上做匀减速直线运动 即速度大小均匀变化 加速度大小分阶段恒定 故a b错误 物体在斜面上的摩擦力f1 mgcos 在水平面上的摩擦力f2 mg 即f1 f2 故c项正确 物体在斜面上做加速运动 路程随时间增加的越来越快 而不可能均匀增加 故d项错误 本题以图象的形式考查了牛顿运动定律的应用 熟练运动过程中的两个阶段的运动状态及受力情况是解题的关键 测控导航 1 2011年合肥二检改编 游乐园中 游客乘坐能做加速或减速运动的升降机 可以体会超重与失重的感觉 下列描述正确的是 b 当升降机加速上升时 游客处在失重状态 当升降机减速下降时 游客处在超重状态 当升降机减速上升时 游客处在失重状态 当升降机加速下降时 游客处在超重状态a b c d 解析 当物体具有竖直向上的加速度时 物体处于超重状态 当物体具有竖直向下的加速度时 物体处于失重状态 所以 项错 项对 2 2011年江苏苏北四市第二次调研 在探究超重和失重规律时 某体重为g的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作 传感器和计算机相连 经计算机处理后得到压力f随时间t变化的图象 则下列图象中可能正确的是 d 解析 该同学下蹲过程中 先向下做加速运动 后向下做减速运动 所以他先处于失重状态 后处于超重状态 则f先小于g 后大于g 故d对 3 拓展探究题 如图所示 运动员 10m跳板跳水 运动的过程可简化为 运动员走上跳板 将跳板从水平位置b压到最低点c 跳板又将运动员竖直向上弹到最高点a 然后运动员做自由落体运动 竖直落入水中 跳板自身重力忽略不计 则下列说法正确的是 d a 运动员向下运动 b c 的过程中 先失重后超重 对板的压力先减小后增大b 运动员向下运动 b c 的过程中 先失重后超重 对板的压力先增大后减小c 运动员向上运动 c b 的过程中 先超重后失重 对板的压力先增大后减小d 运动员向上运动 c b 的过程中 先超重后失重 对板的压力一直减小解析 运动员由b c的过程中 先向下加速后向下减速 即先失重后超重 但板的形变量一直变大 所以板所受的压力一直增大 a b错误 运动员由c b的过程中 先向上加速后向上减速 即先超重后失重 板所受的压力一直变小 故c错误 d正确 4 2010年福建理综 质量为2kg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t 0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的变化规律如图所示 重力加速度g取10m s2 则物体在t 0至t 12s这段时间的位移大小为 b a 18mb 54mc 72md 198m 5 2010年辽宁锦州市模拟 放在水平地面上的一物块 受到方向不变的水平推力f的作用 f的大小与时间t的关系和物块速度v与时间t的关系如图所示 取重力加速度g 10m s2 由此两图线可以求得物块的质量m和物块与地面之间的动摩擦因数 分别为 b a m 1 5kg 0 4b m 0 5kg 0 4c m 0 5kg 0 2d m 1kg 0 2 6 2010年福建省同安一中期中考试 如图 a 所示 水平面上质量相等的两木块a b 用一轻弹簧相连接 这个系统处于平衡状态 现用一竖直向上的力f拉动木块a 使木块a向上做匀加速直线运动 如图 b 研究从力f刚作用在木块a瞬间到木块b刚离开地面瞬间的这一过程 并选定该过程中木块a的起点位置为坐标原点 则下列图中能正确表示力f和木块a的位移x之间关系的图是 a 解析 初始时刻 系统处于平衡状态 由平衡条件 mg kx0 用一竖直向上的力f拉动木块a 使木块a向上做匀加速直线运动 由牛顿第二定律 f k x0 x mg ma f kx ma 可知正确图象为a 7 2010年广东汕头市模拟 雨滴在空气中下落 当速率在不太大的范围时 雨滴所受到的阻力与其速度成正比 该速率v随时间t的变化关系最接近图中的 b 8 2010年福建三明模拟 某位同学为了研究超重和失重现象 将重为50n的物体带到电梯中 并将它放在水平放置的传感器上 电梯由启动到停止的过程中 测得重物的压力随时间变化的图象如图所示 设在t1 2s和t2 8s时电梯的速度分别为v1和v2 下列判断正确的是 b a 电梯上升了 v1 v2b 电梯上升了 v2 v1c 电梯下降了 v1 v2d 电梯下降了 v2 v1 解析 由图象可知 物体先处于超重状态 加速上升 考虑到电梯由静止启动开始 故可以判断电梯加速上升 由压力随时间变化的图象可知其vt图象如图所示 可知v2 v1 9 拓展探究题 用同种材料制成倾角为30 的斜面和长水平面 斜面长2 4m且固定 一小物块从斜面顶端以沿斜面向下的初速度v0开始自由下滑 当v0 2m s时 经过0 8s后小物块停在斜面上 多次改变v0的大小 记录下小物块从开始运动到最终停下的时间t 作出tv0图象 如图所示 求 1 小物块与该种材料间的动摩擦因数为多少 取g 10m s2 2 某同学认为 若小物块初速度为4m s 则根据图象中t与v0成正比推导 可知小物块运动时间为1 6s 以上说法是否正确 若不正确 说明理由并解出你认为正确的结果 10 2010年福建省厦门市质检 某学习小组 为了研究电梯的运行情况 利用传感器进行实验 在竖直方向运行的电梯中 传感器下方悬挂一重物 电梯从某楼层由静止出发 到另一楼层停止 途中有一阶段做匀速直线运动 传感器的屏幕上显示出传感器受的拉力与时间的关系图象 如图