【名师点金】高考物理一轮复习 第3单元牛顿运动定律第3讲 牛顿运动定律的应用 超重与失重课件 新人教版.ppt

第3讲牛顿运动定律的应用超重与失重 知识建构 技能建构 1 实重与视重 一 超重和失重 1 实重 即重力 从力的性质上讲 实重属于万有引力 知识建构 技能建构 2 超重 失重和完全失重比较 2 视重 悬绳对物体的拉力或支持面对物体的支持力叫做视重 从力的性质上讲 视重属于弹力 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 物体处于超重状态还是失重状态 仅取决于物体的加速方向 与速度的大小和方向无关 二 连接体问题的处理 整体法与隔离法 注意 1 在超重 失重和完全失重现象中 物体所受的重力不变 知识建构 技能建构 1 整体法 当系统中各物体的 加速度相同时 我们可以把系统内的所有物体看成一个整体 这个整体的质量等于各物体的 质量之和 当整体受到的外力已知时 可用牛顿第二定律求出整体的加速度 2 隔离法 从研究方便出发 当求解系统内物体间的相互作用力时 常把物体从系统中隔离出来进行分析 依据牛顿第二定律列方程 知识建构 技能建构 3 外力和内力 如果以物体系统为研究对象 受到系统之外的物体的作用力 这些力是该系统受到的外力 而系统内各物体间的相互作用力为内力 应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力 如果把某物体隔离出来作为研究对象 则内力将转换为隔离体的外力 知识建构 技能建构 1 下列实例属于超重现象的是 a 汽车驶过拱形桥顶端 b 荡秋千的小孩通过最低点 c 跳水运动员被跳板弹起 离开跳板向上运动 d 火箭点火后加速升空 解析 汽车驶过拱形桥顶端时 加速度方向向下 属于失重现象 荡秋千的小孩通过最低点时 加速度方向向上 属于超重现象 跳水运动员被弹起后 只受重力作用 属于完全失重现象 火箭加速升空 加速度方向向上 属于超重现象 答案 bd 知识建构 技能建构 2 一位同学为了测定电梯的运动情况 用一弹簧秤将质量为m的物体悬挂在电梯的天花板上 当物体相对电梯静止时 弹簧秤的示数为 说明 a 电梯以加速度减速上升 b 电梯以加速度加速上升 c 电梯以加速度减速下降 d 电梯以加速度加速下降 解析 由题意知 物体处于超重状态 其加速度向上 其运动形式可能是向上做匀加速直线运动 也可能向下做匀减速直线运动 根据牛顿第二定律可分别求出加速度 选项b c正确 答案 bc 知识建构 技能建构 3 在一根绳下串联着两个质量不同的小球 上面小球比下面小球质量大 当手提着绳端沿水平方向并使两球一起做匀加速运动时 空气阻力不计 则下图中正确的是 解析 两球沿水平方向一起作匀加速运动 将两球做为一个系统 设与竖直方向的夹角为 由整体法 m m gtan m m a 可得 tan 设下面的小球与竖直方向的夹角为 受力分析 mgtan ma 可得 tan tan 可知两小球在同一条直线上 答案 a 知识建构 技能建构 4 举重运动员在地面上能举起120kg的重物 在运动着的升降机中只能举起100kg的重物 求升降机运动的加速度 若在以2 5m s2的加速度加速下降的升降机内 此人能举起质量多大的重物 g取10m s2 解析 运动员在地面上能举起120kg的重物 则运动员向上的最大支撑力f m1g 120 10n 1200n 在升降机中只能举起100kg的重物 可见该物超重了 升降机应具有向上的加速度 则由f m2g m2a1 得 a1 m s2 2m s2 当升降机以2 5m s2的加速度加速下降时 重物失重 则m3g f m3a2 知识建构 技能建构 得 m3 kg 160kg 答案 2m s2160kg 知识建构 技能建构 例1在升降电梯内的地面上放一体重计 电梯静止时 晓敏同学站在体重计上 体重计示数为50kg 电梯运动过程中 某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示 在这段时间内 下列说法中正确的是 a 晓敏同学所受的重力变小了 b 晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力 c 电梯一定在竖直向下运动 一 超重和失重的理解 d 电梯的加速度大小为 方向一定竖直向下 知识建构 技能建构 1 体重计的示数与晓敏对体重计的压力的关系 名师点金 解答本题时应注意以下三点 2 晓敏对体重计的压力与其所受的支持力的大小关系 知识建构 技能建构 3 根据视重和重力大小只能确定电梯的加速度的大小和方向 规范全解 物体的重力取决于物体的质量和所在位置的重力加速度 与物体的运动状态无关 a错误 晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对相互作用力 大小始终相等 b错误 根据体重计的示数 由牛顿第二定律可知 电梯具有竖直向下的加速度 大小为a 所以电梯可能向下加速或向上减速运动 c错误 d正确 答案 d 知识建构 技能建构 视重 小于物重 分析物体的加速度情况 判断物体的超 失重状态 是求解本类问题的关键 只要物体或整体中的一部分加速度具有竖直方向的分量 物体就会出现超重或失重状态 在完全失重的状态下 平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失 如天平失效 浸在水中的物体不再受浮力 液体柱不再产生向下的压强等 方法概述 超重的条件是物体在竖直方向有向上的加速度 现象是 视重 大于物重 失重的条件是物体在竖直方向有向下的加速度 现象是 知识建构 技能建构 变式训练1如图所示 在原来静止的木箱内 放有a物体 a被一伸长的弹簧拉住且恰好静止 现突然发现a被弹簧拉动 则木箱的运动情况可能是 a 加速下降b 减速上升 c 减速下降d 加速上升 知识建构 技能建构 规范全解 物体恰好静止 即物体达到最大静摩擦力 且最大静摩擦力等于弹簧弹力 木箱突然被拉动 说明物体受到的弹簧弹力超过物体受到的最大静摩擦力 在竖直方向运动时 支持力减小 物体处于失重状态 所以应该是加速度方向向下的运动 向下加速或者向上减速 选项a b正确 答案 ab 知识建构 技能建构 例2在2008年北京残奥会开幕式上 运动员手拉绳索向上攀登 最终点燃了主火炬 体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神 为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用力 可将过程简化 一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮 一端挂一吊椅 另一端被坐在吊椅上的运动员拉住 如图甲所示 设运动员的质量为65kg 吊椅的质量为15kg 不计定滑轮与绳子间的摩擦 重力加速度取g 10m s2 当运动员与吊椅一起正以加速度a 1m s2上升时 试求 二 整体法和隔离法的应用 甲 2 运动员对吊椅的压力 1 运动员竖直向下拉绳的力 知识建构 技能建构 规范全解 1 设运动员受到绳向上的拉力为f 由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等 吊椅受到绳的拉力也是f 对运动员和吊椅整体进行受力分析如图乙所示 则有 2f m人 m椅 g m人 m椅 a f 440n 名师点金 运动员与吊椅一起上升 运用整体法分析可求出拉绳的力 再对运动员隔离分析运动员对吊椅的压力 乙 知识建构 技能建构 2 设吊椅对运动员的支持力为fn 对运动员进行受力分析如图丙所示 则有 f fn m人g m人a fn 275n 由牛顿第三定律 运动员对吊椅的压力大小也为275n 答案 440n275n 丙 知识建构 技能建构 1 整体法和隔离法的选取原则 隔离法的选取原则 若连接体内各物体的加速度不相同 且需要求物体之间的作用力 就需要把物体从系统中隔离出来 将内力转化为外力 分析物体的受力情况和运动情况 并分别应用牛顿第二定律列方程求解 隔离法是受力分析的基础 应重点掌握 整体法的选取原则 若连接体内各物体具有相同的加速度 且不需要求物体之间的作用力 可以把它们看成一个整体 当成一个质点 来分析整体受到的外力 应用牛顿第二定律求出加速度 或其他未知量 整体法 隔离法交替运用原则 若连接体内各物体具有相同的加速度 且要求物体之间的作用力时 可以先用整体法求出加速度 然后再 方法概述 知识建构 技能建构 用隔离法选取合适的研究对象 应用牛顿第二定律求作用力 即 先整体求加速度 后隔离求内力 2 整体法和隔离法的物理模型 1 涉及滑轮的问题 若要求绳的拉力 一般都必须采用隔离法 这类问题中一般都忽略绳 滑轮的重力和摩擦力 且滑轮大小不计 若绳跨过定滑轮 连接的两物体虽然加速度方向不同 但大小相同 知识建构 技能建构 2 固定斜面上的连接体问题 这类问题一般多是连接体 系统 各物体保持相对静止 即具有相同的加速度 解题时 一般采用先整体 后隔离的方法 建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则 或者正交分解力 或者正交分解加速度 3 斜面体 或称劈形物体 楔形物体 与在斜面上物体组成的连接体 系统 的问题 这类问题一般为物体与斜面体的加速度不同 其中最多的是物体具有加速度 而斜面体静止的情况 解题时一般采用隔离法分析 知识建构 技能建构 a fn1 fn2 1 1 b fn1 fn2 m m c fn1 fn2 m m d 无法比较fn1 fn2的大小 变式训练2质量分别为m和m的两物体靠在一起放在光滑水平面上 用水平推力f向右推m 两物体向右加速运动时 m m间的作用力为fn1 用水平力f向左推m 使m m一起加速向左运动时 m m间的作用力为fn2 如图甲 乙所示 则 知识建构 技能建构 规范全解 如图甲中运动时 整体法 f m m a 隔离m fn1 ma 解得fn1 如图乙中运动时 整体法 f m m a 隔离m fn2 ma 解得fn2 所以fn1 fn2 m m 选项b正确 答案 b 知识建构 技能建构 高考真题1 甲 a 加速下降b 加速上升 c 减速上升d 减速下降 知识建构 技能建构 解析提示 分析出物体所受的合外力 确定出竖直方向的加速度 即可确定是超重还是失重 命题分析 本题考查超重和失重 难度不大 知识建构 技能建构 规范全解 对物块进行受力分析 如图乙所示 当木箱处于静止时有f fn mg 当木箱运动且物块对箱顶刚好无压力 即fn 0时 由于mg与f均不变 故物块受到的合力向上 即系统有向上的加速度 答案 bd 乙 知识建构 技能建构 考向预测1 2011年北京西城区高三期末 如图所示 一人站在电梯中的体重计上 随电梯一起运动 下列各种情况中 体重计的示数最大的是 a 电梯匀减速上升 加速度的大小为1 0m s2 b 电梯匀加速上升 加速度的大小为1 0m s2 c 电梯匀减速下降 加速度的大小为0 5m s2 d 电梯匀加速下降 加速度的大小为0 5m s2 解析 电梯匀减速上升和电梯匀加速下降时加速度向下 处于失重状态 电梯匀加速上升和电梯匀减速下降时加速度向上 处于超重 且加速度越大 超重越厉害 体重计的示数最大 选项b正确 答案 b 知识建构 技能建构 高考真题2 2011年高考 天津理综卷 如图所示 a b两物块叠放在一块 在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动 运动过程中b受到的摩擦力 a 方向向左 大小不变 b 方向向左 逐渐减小 c 方向向右 大小不变 d 方向向右 逐渐减小 知识建构 技能建构 解析提示 对于多个物体组成的物体系统 若系统内各个物体具有相同的运动状态 应优先选取整体法分析 再采用隔离法求解 命题分析 考查牛顿运动定律处理连接体问题的基本方法 属于简单题 知识建构 技能建构 规范全解 a b保持相对静止向右做匀减速直线运动 以a b整体为研究对象 其受到向左的滑动摩擦力 其加速度为a g 隔离物体b 其加速度也应为a g 方向向左 所受的摩擦力为静摩擦力 大小为f mbg a正确 答案 a 知识建构 技能建构 考向预测2如图甲所示 在粗糙的水平面上 质量分别为m和m m m 1 2 的物块a b用轻弹簧相连 两物块与水平面间的动摩擦因数相同 当用水平力f作用于b