高考物理一轮复习第三章牛顿运动定律第2讲两类动力学问题超重与失重课件.ppt

1、物理 课标版,第2讲两类动力学问题超重与失重,考点一两类动力学问题 1.已知物体的受力情况,求解物体的运动情况 解这类题目,一般是应用牛顿运动定律求出物体的加速度,再根据物体的初始条件,应用运动学公式,求出物体运动的情况。 2.已知物体的运动情况,求解物体的受力情况 解这类题目,一般是应用运动学公式求出物体的加速度,再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而求出物体所受的 其他外力。,1.物体运动性质的判断方法 (1)明确物体的初始运动状态(v0)。 (2)明确物体的受力情况(F合)。 (3)根据物体做各种性质运动的条件即可判定物体的运动情况、加速度变化情况及速度变化情况。,2.解决两类动力

2、学基本问题的思路,1-1如图,在水平地面上内壁光滑的车厢中两正对竖直面AB、CD间放有半球P和光滑均匀圆球Q,质量分别为m、M,当车向右做加速度为a的,匀加速直线运动时,P、Q与车厢三者相对静止,球心连线与水平方向的夹角为,则Q受到CD面的弹力FN和P受到AB面的弹力FN分别是( ) A.FN=FN= B.FN=-MaFN=+Ma C.FN=-MaFN=+ma,D.FN=-MaFN=+ma,答案D隔离光滑均匀圆球Q,对Q受力分析如图所示, 可得cos -FN=Ma,可得FN=-Ma,对P、Q所组成的整体有FN-FN =(M+m)a,解得FN=+ma,D正确。,1-2(2016四川理综,10,1

3、7分)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成,如图竖直平面内,制动坡床视为与水平面夹角为的斜面。一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床,当车速为23 m/s时,车尾位于制动坡床的底端,货物开始在车厢内向车头滑动,当货物在车厢内滑动了4 m时,车头距制动坡床顶端38 m,再过一段时间,货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍,货物与车厢间的动摩擦因数为0.4;货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍。货物与货车分别视为小滑块和平板,取cos =1,sin =0.1,g=10 m/s2。求: (1)货物在车厢内滑动时加速度的大小

4、和方向; (2)制动坡床的长度。,答案(1)5 m/s2方向沿制动坡床向下 (2)98 m 解析(1)设货物的质量为m,货物在车厢内滑动过程中,货物与车厢间 的动摩擦因数=0.4,受摩擦力大小为f,加速度大小为a1,则 f+mg sin =ma1 f=mg cos 联立式并代入数据得a1=5 m/s2 a1的方向沿制动坡床向下。 (2)设货车的质量为M,车尾位于制动坡床底端时的车速为v=23 m/s。货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s0=38 m的过程中,用时为t,货物相对制动坡床的运动距离为s1,在车厢内滑动的距离s=4 m,货车的加速度大小为a2,货车相对制动坡床的运动距离为s2。

5、货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重的k倍,k=0.44,货车长度l0=12 m,制动坡床的长度为l,则,Mg sin +F-f=Ma2 F=k(m+M)g s1=vt-a1t2 s2=vt-a2t2 s=s1-s2 l=l0+s0+s2 联立并代入数据得l=98 m,1-3如图所示,某商场内扶梯与水平面夹角为=30,质量为60 kg的人站在扶梯的水平台阶上,当扶梯以2 m/s2的加速度斜向上运动时,求人对扶梯的压力和人所受到的摩擦力各是多少? 答案660 N60 N 解析对人受力分析,他受到重力mg、支持力FN和摩擦力Ff作用,如图甲所示,将加速度如图乙所示分解。,由牛顿第二定

6、律得 Ff=ma cos FN-mg=ma sin 解得:FN=660 N,Ff=60 N。 由牛顿第三定律知,人对扶梯的压力大小是660 N。,方法指导 两类动力学问题的解题步骤,考点二超重与失重 1.实重和视重 (1)实重:物体实际所受的重力,它与物体的运动状态无关。 (2)视重:当物体在竖直方向上有加速度时,物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力。此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重。,2.超重、失重和完全失重的比较,(1)超重就是物体的重力变大的现象。() (2)失重时物体的重力小于mg。() (3)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。() (4)减速上升的升降

7、机内的物体,物体对地板的压力大于重力。() (5)物体处于超重或失重状态时其重力并没有发生变化。() (6)物体处于超重或失重状态,完全由物体加速度的方向决定,与速度方向无关。() 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6),1.超重、失重不是重力增加或减少了,而是对水平支持面的压力或对竖直悬线的拉力变大或变小了,重力的大小是没有变化的,仍为mg。 2.超重、失重与物体的速度方向无关,只取决于物体的加速度方向。 3.对系统超重、失重的判定不能只看某一物体,要综合分析,某一物体的加速运动会不会引起其他物体运动状态的变化。例如台秤上放一容器,一细线拴一木球,线另一端拴于盛水容器的底部,剪断细线,木球

8、加速上升同时有相同体积的水以相同的加速度在加速下降,综合起来,台秤示数会减小。若不能注意到这一点,会得出相反的错误结论。 4.在完全失重的状态下,由重力产生的一切物理现象都会消失。如单摆停摆、天平失效、浸没于液体中的物体不再受浮力、水银气压计失效等,但弹簧测力计是可以使用的,因为弹簧测力计是根据F=kx制成的测力工具,并非只能测量重力。,2-1(2016河南郑州第二次质检,16)图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图,中间的“”表示人的重心。图乙是根据传感器采集到的数据画出的力-时间图线。两图中ag各点均对应,其中有几个点在图甲中没有画出。取重力加速度g=10 m/s2。根据图像分析

9、可知(),甲,乙 A.人的重力为1 500 N B.c点位置人处于超重状态 C.e点位置人处于失重状态 D.d点的加速度小于f点的加速度,答案B由题图可知a点处人处于平衡状态,则人的重力G=500 N,A错误。c、e点处人对传感器的压力大于人所受重力,故都处于超重状态,B正确、C错误。在d点处人所受合力为1 000 N,而在f点处人所受合力仅为500 N,再由牛顿第二定律可知人在d点处的加速度大,D错误。,2-2(2015海南单科,9,5分)(多选)如图,升降机内有一固定斜面,斜面上放一物块。开始时,升降机做匀速运动,物块相对于斜面匀速下滑。当升降机加速上升时,() A.物块与斜面间的摩擦力减

10、小 B.物块与斜面间的正压力增大 C.物块相对于斜面减速下滑 D.物块相对于斜面匀速下滑,答案BD当升降机匀速运动,物块相对于斜面匀速下滑时有:mg sin =mg cos ,则=tan (为斜面倾角),当升降机加速上升时,设加速度为a;物块处于超重状态,超重ma。物块“重力”变为G=mg+ma,支持力变为N=(mg+ma)cos mg cos ,B对。“重力”沿斜面向下的分力G下=(mg+ma)sin ,沿斜面的摩擦力变为f=N=(mg+ma)cos mg cos ,A错误。f=(mg+ma)cos =tan (mg+ma)cos =(mg+ma)sin =G下,所以物块仍沿斜面匀速运动,D

11、对,C错误。,方法指导 1.若物体的加速度有竖直向上的分量,物体处于超重状态;若物体的加速度有竖直向下的分量,物体处于失重状态。 2.对于多个物体组成的系统而言,若其中一个物体处于超重状态,会使得 整体对外的作用力大于整体重力;若其中一个物体处于失重状态,会使得整体对外的作用力小于整体重力。,考点三多过程问题 1.多过程问题 很多动力学问题中涉及多个连续的运动过程,物体在不同的运动阶段,运动情况和受力情况都发生了变化,这类问题称为牛顿运动定律中的多过程问题。 2.类型 多过程问题可根据涉及物体的多少分为单体多过程问题和多体多过程问题。,多过程问题解题策略 (1)任何多过程的复杂物理问题都是由很

12、多简单的小过程构成,有些是承上启下,上一过程的结果是下一过程的已知,这种情况,一步一步完成即可。 (2)有些是树枝型,告诉的只是旁支,要求的是主干(或另一旁支),这就要求仔细审题,找出各过程的关联,按顺序逐个分析;对于每一个研究过程,选择什么规律,应用哪一个运动学公式要明确。 (3)注意两个过程的连接处,通常加速度可能突变,但速度不会突变,速度是联系前后两个阶段的桥梁。,3-1(2014课标,24,12分)公路上行驶的两汽车之间应保持一定的安全距离。当前车突然停止时,后车司机可以采取刹车措施,使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰。通常情况下,人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1 s,当汽

13、车在晴天干燥沥青路面上以108 km/h的速度匀速行驶时,安全距离为120 m。设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦因数为晴天时的2/5,若要求安全距离仍为120 m,求汽车在雨天安全行驶的最大速度。 答案20 m/s(72 km/h) 解析设路面干燥时,汽车与路面间的动摩擦因数为0,刹车时汽车的加速度大小为a0,安全距离为s,反应时间为t0,由牛顿第二定律和运动学公式得,0mg=ma0 s=v0t0+ 式中,m和v0分别为汽车的质量和刹车前的速度。 设在雨天行驶时,汽车与路面间的动摩擦因数为,依题意有=0 设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a,安全行驶的最大速度为v,由牛顿第二定律和运动学

14、公式得 mg=ma s=vt0+ 联立式并代入题给数据得 v=20 m/s(72 km/h),3-2(2016重庆第一次适应性考试,25)一辆汽车在平直公路上匀加速行驶,前挡风玻璃上距下沿s处有片质量为m的树叶相对于玻璃不动,挡风玻璃可视为倾角为=45的斜面,如图。当车速达到v0时,树叶刚要向上滑动,汽车立即改做匀速直线运动,树叶开始下滑,经过时间t滑到玻璃的下沿。树叶在运动中受到空气阻力,其大小F=kv(v为车速,k为常数),方向与车运动方向相反。若最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,重力加速度为g,求: (1)树叶在玻璃表面运动的加速度大小a; (2)树叶与玻璃表面之间的动摩擦因数; (3)汽车在匀加速运动阶段的加速度大小a。,答案(1)(2) (3)g-,s=at2(2分) 得a=(1分) (2)设汽车匀速运动时,树叶受到挡风玻璃的支持力为N,树叶受到的空气阻力为F,树叶受到的滑动摩擦力为f,则有 F=kv0(1分) f=N(2分) N=mg cos +F sin (2分) 由牛顿第二定律有 mg sin -f-F cos =ma(2分) 由题意,=45,解析(1)根据匀加速直线运动规律,有,解得=(2分) (3)设汽车匀加速运动到速度为v0时,树叶受到