教科版高中物理必修第一冊第四章牛頓運動定律7超重與失重課件

1.視重:物體在豎直方向做加速運動時,物體對懸掛物的拉力(彈簧測力計的示數(shù)T)或?qū)χС?/p>

物的壓力(N),通常我們稱它(T或N)為視重。2.實重:重力是由于地球作用于物體而產(chǎn)生的,始終存在,大小也不會受運動狀態(tài)改變的影響,

我們通常稱它為實重。3.超重現(xiàn)象(1)定義:物體對懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件:物體具有向上的加速度。7

超重與失重知識點1超重與失重現(xiàn)象必備知識清單破4.失重現(xiàn)象(1)定義:物體對懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件:物體具有向下的加速度。5.完全失重(1)定義:物體對懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?等于零的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件:加速度a=g,方向豎直向下。物體處于超重還是失重狀態(tài),只取決于加速度的方向,與運動方向無關(guān)。知識點2超重和失重現(xiàn)象的分析狀態(tài)

視重F與重力mg的關(guān)系運動情況舉例受力示意圖平衡a=0F=mg靜止或勻速直線運動

超重向上F=m(g+a)>mg向上加速或向下減速

失重向下F=m(g-a)<mg(a<g)向下加速或向上減速

完全失重a=g,方向向下F=0自由落體運動、豎直上拋運動

知識辨析1.我們測量體重時,站在臺秤上應(yīng)保持什么狀態(tài)?

應(yīng)保持靜止?fàn)顟B(tài)。2.物體向上運動時就處于超重狀態(tài),向下運動時就處于失重狀態(tài),你認(rèn)為這種說法對嗎?

不對。超重、失重的條件不是速度的方向向上或向下,而是加速度的方向向上或向下。加

速度向上時,物體可能向上加速運動,也可能向下減速運動。加速度向下時,物體可能向下加

速運動,也可能向上減速運動。所以判斷超重、失重現(xiàn)象要看加速度的方向,加速度向上時

超重,加速度向下時失重。3.在乘豎直升降電梯上樓時,電梯啟動瞬間加速度方向如何?人處于超重還是失重狀態(tài)?

加速度豎直向上,人處于超重狀態(tài)。提示提示提示4.在乘豎直升降電梯上樓時,電梯將要到達(dá)目的地減速運動時加速度方向如何?人處于超重

還是失重狀態(tài)?

加速度豎直向下,人處于失重狀態(tài)。5.在乘豎直升降電梯下樓時,電梯啟動的瞬間以及到達(dá)樓梯底前減速運動時,人處于超重還是

失重狀態(tài)?

向下啟動瞬間,加速度向下,人處于失重狀態(tài);向下減速運動時加速度向上,人處于超重狀態(tài)。提示提示1.超重現(xiàn)象的定量分析人站在具有向上的加速度a(向上加速或向下減速)的電梯里的體重計上,以人為研究對

象:由牛頓第二定律有F合=F-mg=ma則體重計對人的支持力F=mg+ma故人對體重計的壓力大小F'=F=mg+ma因此體重計的示數(shù)為F'=mg+ma>mg關(guān)鍵能力定點破定點

超重、失重現(xiàn)象的應(yīng)用2.失重現(xiàn)象的定量分析人站在具有向下的加速度a(向下加速或向上減速)的電梯里的體重計上,以人為研究對

象:由牛頓第二定律有F合=mg-F=ma則體重計對人的支持力F=mg-ma故人對體重計的壓力大小為F'=F=mg-ma因此體重計的示數(shù)為F'=mg-ma<mg3.完全失重當(dāng)物體具有向下的加速度且加速度a=g時,則F'=mg-mg=0。典例某人在以a1=0.5m/s2的加速度勻加速下降【1】的升降機中最多可舉起m1=90kg的物體,則

此人在地面上最多可舉起多少千克的物體?若此人在勻加速上升【2】的升降機中最多能舉起

m2=40kg的物體,求此升降機上升的加速度a2的大小。(重力加速度g取10m/s2)信息提取

【1】升降機處于失重狀態(tài),物體對人的壓力(大小等于人對物體的“舉力”)小

于物體所受重力?！?】升降機處于超重狀態(tài),物體對人的壓力(大小等于人對物體的“舉力”)大于物體所受

重力。思路點撥

(1)設(shè)此人的最大“舉力”為F,在不同環(huán)境中這個最大“舉力”是恒定不

變的【3】,即他在以不同的加速度運動的升降機中最大的“舉力”均為F。(2)以物體為研究對象進行受力分析,根據(jù)物體的運動狀態(tài),可求出人的最大“舉力”,從而推

知在地面上最多可舉起物體的質(zhì)量。通過最大“舉力”,結(jié)合牛頓第二定律可求出物體的加

速度,即升降機的加速度。解析

以物體為研究對象,對物體進行受力分析及運動狀態(tài)分析,如圖甲所示,設(shè)人的最大

“舉力”為F,由牛頓第二定律得m1g-F=m1a1(由【1】得到)所以F=m1(g-a1)=855N當(dāng)他在地面上舉物體時,設(shè)最多可舉起質(zhì)量為m0的物體,則有m0g-F=0(由【3】得到)所以m0=85.5kg

若此人在勻加速上升的升降機中最多能舉起m2=40kg的物體,對物體進行受力分析和運動情

況分析,如圖乙所示。由牛頓第二定律得F-m2g=m2a2(由【2】得到)所以a2=

=11.375m/s2即升降機加速上升的加速度的大小為11.375m/s2

答案

85.5kg

11.375m/s2

講解分析1.常見的兩類問題(1)已知物體在某一過程中所受的合力(或某個力)隨時間變化的圖線,分析物體的運動情況。(2)已知物體在某一過程中速度、加速度隨時間變化的圖線,分析物體的受力情況。2.解決圖像綜合問題的關(guān)鍵(1)把圖像與具體的題意、情境結(jié)合起來,明確圖像的物理意義,明確圖像所反映的物理過

程。(2)特別要注意圖像中的一些特殊點,如圖線與橫、縱坐標(biāo)軸的交點,圖線的轉(zhuǎn)折點,兩圖線的

交點等所表示的物理意義。學(xué)科素養(yǎng)

題型破題型1動力學(xué)中的圖像問題例題為了探究物體與固定斜面間的動摩擦因數(shù),某同學(xué)進行了如下實驗:取一質(zhì)量為m的物

體,使其在沿斜面方向的推力作用下向上運動【1】,如圖甲所示,通過力傳感器得到推力隨時間

變化的規(guī)律如圖乙所示【2】,通過頻閃照相處理后得出物體速度隨時間變化的規(guī)律如圖丙所

示【3】,若已知斜面的傾角α=30°,重力加速度g取10m/s2。求:

(1)物體與固定斜面間的動摩擦因數(shù);(2)若在t=6s時撤去推力F,物體還能上升的距離(斜面足夠長)。典例呈現(xiàn)信息提取

【1】物體在斜面上運動時受到重力、支持力、摩擦力、推力的作用,受力分析圖如圖所

示?！?】【3】在0~2s內(nèi),推力大小F1=21.5N,物體做勻加速直線運動;在2~6s內(nèi),推力大小F2=20

N,物體做勻速直線運動。解析

(1)0~2s內(nèi),由牛頓第二定律得F1-mgsinα-μmgcosα=ma1,a1=

=0.5m/s2;2s~6s內(nèi),由牛頓第二定律得F2-mgsinα-μmg·cosα=0,代入數(shù)據(jù)解得m=3kg,μ=

。(2)撤去推力F后,由牛頓第二定律得-μmgcosα-mgsinα=ma3解得a3=-

m/s2x3=

=0.075m。思路點撥

首先對物體進行受力分析,結(jié)合圖像分析物體的運動狀態(tài),然后根據(jù)牛頓第二定

律列方程求解。答案

(1)

(2)0.075m講解分析當(dāng)物體由一種物理狀態(tài)變?yōu)榱硪环N物理狀態(tài)時,可能存在一個轉(zhuǎn)折點,這時物體所處的

狀態(tài)稱為臨界狀態(tài),與之相關(guān)的物理條件則稱為臨界條件,涉及臨界狀態(tài)的問題稱為臨界問

題。許多臨界問題題干中常用“恰好”“最大”“至少”“不相撞”“恰脫離”等詞語對

臨界狀態(tài)給出暗示,審題時要抓住這些特定詞語挖掘其內(nèi)涵規(guī)律,找出臨界條件。1.四類典型臨界條件(1)接觸與脫離的臨界條件:疊放在一起的兩個物體在分離瞬間,從受力的角度來講,它們之間題型2動力學(xué)中的臨界問題的壓力為零;從運動學(xué)的角度來講,兩者在垂直于接觸面方向的速度和加速度仍然相等。(2)相對滑動的臨界條件:兩物體擠壓、有相對運動趨勢但處于相對靜止?fàn)顟B(tài)時,存在著靜摩

擦力,相對滑動的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件:繩子所能承受的張力是有限度的,繩子斷與不斷的臨界條件

是繩中張力等于它所能承受的最大張力;繩子松弛的臨界條件是繩中張力FT=0。(4)速度達(dá)到最值的臨界條件:加速度為0。2.求解臨界問題的常用方法臨界法分析題目中的物理過程,明確臨界狀態(tài),直接

從臨界狀態(tài)和相應(yīng)的臨界條件入手,求出臨

界值解析法明確題目中的變量,求解變量間的數(shù)學(xué)表達(dá)

式,根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式分析臨界值2.求解臨界問題的常用方法例題如圖所示,一彈簧一端固定在傾角為θ=37°的光滑固定斜面的底端,另一端拴住質(zhì)量為m1

=4kg的物體P,Q為一質(zhì)量為m2=8kg的物體,彈簧的質(zhì)量不計,勁度系數(shù)k=600N/m,系統(tǒng)處于

靜止?fàn)顟B(tài)【1】。現(xiàn)給Q施加一個方向沿斜面向上的力F,使它從靜止開始沿斜面向上做勻加速

運動,已知在前0.2s時間內(nèi),F為變力,0.2s以后F為恒力【2】,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10

m/s2,求力F的最大值與最小值。

典例呈現(xiàn)信息提取

【1】彈簧處于壓縮狀態(tài),可以選P、Q整體為研究對象,由平衡條件求出開始時

彈簧的壓縮量?！?】0.2s時刻P、Q兩物體分離,此時P、Q之間的彈力為零,且兩物體仍具有相同的加速

度。思路點撥

(1)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時,根據(jù)平衡條件結(jié)合胡克定律求出彈簧的壓縮量。(2)P、Q分離前,它們一起做勻加速直線運動,彈簧的壓縮量減小,彈簧彈力減小,故F增大;

當(dāng)P、Q分離時,它們之間的彈力為零,F達(dá)到最大值【3】,此后F為恒力,可知剛開始運動時F最

小【4】。(3)P、Q分離瞬間,對P受力分析,根據(jù)牛頓第二定律【5】列式;對于P、Q做勻加速直線運動的

過程,列位移-時間關(guān)系式【6】,結(jié)合求解加速度,進而求解F的最值。解析

設(shè)開始時彈簧的壓縮量為x0,由平衡條件得(m1+m2)gsinθ=kx0代入數(shù)據(jù)解得x0=0.12m(由【1】得到)0.2s時刻P、Q兩物體分離,此時它們之間的彈力為零,設(shè)此時彈簧的壓縮量為x1,對物體P,由

牛頓第二定律得kx1-m1gsinθ=m1a(由【2】【5】得到)前0.2s時間內(nèi)兩物體的位移為x0-x1=

at2(由【6】得到)聯(lián)立解得a=3m/s2對P、Q兩物體的受力進行分析,可知開始運動時拉力最小,分