專題15 超重失重、等時圓和動力學(xué)兩類基本問題（學(xué)生版）新高一物理多維度導(dǎo)學(xué)與分層專練

高一物理多維度導(dǎo)學(xué)與分層專練專題15超重失重、等時圓和動力學(xué)兩類基本問題導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1超重失重目標(biāo)2動力學(xué)兩類基本問題目標(biāo)3等時圓模型【知識導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】超重失重1．判斷超重和失重現(xiàn)象的三個角度(1)從受力的角度判斷：當(dāng)物體受到的向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；小于重力時處于失重狀態(tài)；等于零時處于完全失重狀態(tài)。(2)從加速度的角度判斷：當(dāng)物體具有向上的加速度時處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時處于失重狀態(tài)；向下的加速度恰好等于重力加速度時處于完全失重狀態(tài)。(3)從速度變化角度判斷：物體向上加速或向下減速時，超重；物體向下加速或向上減速時，失重。2．對超重和失重問題的三點提醒(1)發(fā)生超重或失重現(xiàn)象與物體的速度方向無關(guān)，只取決于加速度的方向。(2)并非物體在豎直方向上運動時，才會出現(xiàn)超重或失重現(xiàn)象。只要加速度具有豎直向上的分量，物體就處于超重狀態(tài)；同理，只要加速度具有豎直向下的分量，物體就處于失重狀態(tài)。(3)發(fā)生超重或者失重時，物體的實際重力并沒有發(fā)生變化，變化的只是物體的視重?！纠?】阿聯(lián)酋迪拜哈利法塔，原名迪拜塔，塔高828m，也被稱為世界第一高樓．若電梯在運動過程中只受本身的重力與繩索拉力，已知電梯在t＝0時由靜止開始上升，其加速度a與時間t的關(guān)系如圖所示，則下列相關(guān)說法正確的是（）A．t＝6s時，電梯處于失重狀態(tài)B．7～53s時間內(nèi)，繩索拉力最小C．t＝59s時，電梯處于超重狀態(tài)D．t＝60s時，電梯速度恰好為0動力學(xué)兩類基本問題1.解決動力學(xué)兩類問題的兩個關(guān)鍵點(1)把握“兩個分析”“一個橋梁”找到不同過程之間的“聯(lián)系”,如第一個過程的末速度就是下一個過程的初速度,若過程較為復(fù)雜,可畫位置示意圖確定位移之間的聯(lián)系。2．兩類動力學(xué)問題的解題步驟【例2】如圖甲所示，物塊的質(zhì)量m＝1kg，初速度v0＝10m/s，在一水平向左的恒力F作用下，從O點沿粗糙的水平面向右運動，某時刻恒力F突然反向，大小不變，則整個過程中物塊速度的平方隨位置坐標(biāo)變化的關(guān)系圖象如圖乙所示（取g＝10m/s2），則下列說法正確的是（）A．0～5s內(nèi)物塊做勻減速運動B．在t＝1s時刻恒力F反向C．恒力F大小為10ND．物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.4【例3】如圖甲所示，一個質(zhì)量為1kg的物體靜止在水平地面上，物體與水平地面間的動摩擦因數(shù)為0.5，時刻對物體施加一個水平向左、大小恒為的力，同時在豎直方向施加一豎直向下的力，力的大小隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示，取重力加速度大小為，則下列說法正確的是（）A．內(nèi)物體的加速度大小為 B．內(nèi)物體運動的最大速度為C．內(nèi)物體的平均速度大小為 D．內(nèi)物體的位移大小為等時圓模型1.圓周內(nèi)同頂端的斜面如圖所示，在豎直面內(nèi)的同一個圓周上，各斜面的頂端都在豎直圓周的最高點，底端都落在該圓周上。由2R·sinθ＝eq\f(1,2)·gsinθ·t2，可推得：t1＝t2＝t3。2.圓周內(nèi)同底端的斜面如圖所示，在豎直面內(nèi)的同一個圓周上，各斜面的底端都在豎直圓周的最低點，頂端都源自該圓周上的不同點。同理可推得：t1＝t2＝t3。雙圓周內(nèi)斜面如圖所示，在豎直面內(nèi)兩個圓中，兩圓心在同一豎直線上且兩圓相切。各斜面過兩圓的公共切點且頂端源自上方圓周上某點，底端落在下方圓周上的相應(yīng)位置?？赏频胻1＝t2＝t3?！纠?】如圖所示，傾角為的斜面固定在水平地面上，由斜面上方A點伸出三根光滑輕桿至斜面上B、C、D三點，其中輕桿AC與斜面垂直，且，把可看成質(zhì)點的質(zhì)量為m的圓環(huán)依次從A點沿桿AB、AC、AD由靜止滑下，滑到斜面用時分別為、、。下列說法正確的是（）A． B． C． D．【例5】如圖所示，在豎直平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy，該平面內(nèi)有AM、BM、CM三條光滑固定軌道，其中A、C、M三點處于同一個圓上，C是圓上任意一點，A、M分別為此圓與y軸、x軸的切點，B點在y軸上且在A點上方，O′為圓心。現(xiàn)將a、b、c三個小球分別從A、B、C點同時由靜止釋放，它們將沿軌道運動到M點。如所用時間分別為tA、tB、tC，則tA、tB、tC的大小關(guān)系是（）A．tA<tC<tBB．tA=tC<tBC．tA=tC=tBD．由于C點的位置不確定，無法比較時間大小關(guān)系10．如圖所示，有一半圓，其直徑水平且與另一圓的底部相切于O點，O點恰好是下半圓的圓心，現(xiàn)在有三條光滑軌道AB、CD、EF，它們的上下端分別位于上下兩圓的圓周上，三軌道都經(jīng)過切點O，軌道與豎直線的夾角關(guān)系為α?β?θ?，F(xiàn)在讓一物塊先后從三軌道頂端由靜止下滑至底端，則物塊在每一條傾斜軌道上滑動時所經(jīng)歷的時間關(guān)系為（）A．tAB>tCD>tEF B．tAB=tCD=tEFC．tAB<tCD<tEF D．tAB=tCD<tEF【多維度分層專練】1．圖示為河北某游樂園中的一個游樂項目“大擺錘”，該項目會讓游客體會到超重與失重帶來的刺激。以下關(guān)于該項目的說法正確的是（）A．當(dāng)擺錘由最高點向最低點擺動時，游客會體會到失重B．當(dāng)擺錘由最高點向最低點擺動時，游客會體會到超重C．當(dāng)擺錘擺動到最低點時，游客會體會到明顯的超重D．當(dāng)擺錘擺動到最低點時，游客會體會到完全失重2．時隔8年之后，2021年12月9日我國宇航員王亞平再次進行太空授課，引發(fā)了我國很多中小學(xué)生對微重力下液體內(nèi)部的受力情況感到好奇，某同學(xué)為了在地面探究微重力下液體內(nèi)部的受力情況，設(shè)計了如下實驗，如圖所示，密度為的木球與輕質(zhì)彈簧相連后置于充滿水的密閉容器中彈簧的另一端固定于容器的底部。水與木球的密度差為（>0），重力加速度為g。初始時整個系統(tǒng)靜止，現(xiàn)將容器由靜止釋放，則釋放瞬間木球相對于地面的加速度大小為（）A．g B． C． D．3．如圖甲所示，建筑工地的塔吊可將建筑材料豎直向上提升到一定的高度。若選豎直向上為正方向，用傳感器測得建筑材料由靜止開始運動過程中，豎直方向的加速度a隨位移x變化的規(guī)律如圖乙所示。下列判斷正確的是（）A．在0～2m內(nèi)，建筑材料做勻加速直線運動B．當(dāng)x=2m時，建筑材料的速度為1m/sC．在4～6m內(nèi)，建筑材料處于超重狀態(tài)D．在2～4m內(nèi)，建筑材料上升過程所用的時間為4．我市南溫泉旱地雪橇為亞洲最長滑道。某游客在滑車上，由靜止開始沿傾角為37°的山坡勻加速滑下。下滑過程中從A點開始給游客抓拍一張連續(xù)曝光的照片，如圖所示。經(jīng)測量游客從起點到本次曝光的中間時刻的位移恰好是22.5m。已知本次攝影的曝光時間是0.2s，照片中虛影的長度L相當(dāng)于實際長度3m，g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，則下列選項正確的是（）A．運動員在曝光的中間時刻的速度為v0=20m/sB．運動員下滑的加速度為5.0m/s2C．滑雪板與坡道間的動摩擦因數(shù)為D．滑雪板與坡道間的動摩擦因數(shù)為5．如圖所示，一質(zhì)量為m=1kg的木箱，與地面間的動摩擦因數(shù)為，小李同學(xué)通過輕繩拉著木箱在水平面內(nèi)以的速度勻速向右運動，（重力加速度取10m/s2）則下列說法中正確的是（）A．木箱勻速運動過程中可能受到三個力的作用B．木箱勻速運動過程中受到拉力與摩擦力的合力可能大于重力C．木箱勻速運動至少需要施加的拉力大小為D．若小李拉動木箱勻速運動時突然輕繩斷了（此時計時開始），則輕繩斷后木箱在第3秒內(nèi)的位移與頭2秒內(nèi)位移之比為1：86．如圖所示為用同種材料制成的傾角為θ的斜面和水平面。固定斜面長為s，一物體從斜面頂端以初速度v0沿斜面自由下滑，經(jīng)時間t0恰停在斜面底端?，F(xiàn)改變初速度v0的大小，重新讓其自由下滑，已知重力加速度為g，則下列說法不正確的是（）A．根據(jù)題意可求出物體與材料間的動摩擦因數(shù)B．若改變物體的質(zhì)量，但材料不變，仍以初速度v0沿斜面自由下滑，則物體肯定不能到達斜面底端C．若初速度v0減小為v1，可求出物體在斜面上滑行的時間D．若初速度v0增大為v2，可求出物體在水平面上滑行的時間7．如圖所示，ad、bd、cd是豎直面內(nèi)三根固定的光滑細桿，a、b、c、d位于同一圓周上，a點為圓周的最高點，bd為圓周的一條直徑。每根桿上都套著一個小滑環(huán)（圖中未畫出），三個滑環(huán)環(huán)分別從a、b、c處靜止釋放，用t1、t2、t3依次表示滑環(huán)到達d所用的時間，則（）A．t1<t2<t3 B．t1>t2>t3C．t3>t1>t2 D．t1=t2=t38．如圖所示，、、是豎直面內(nèi)三根固定的光滑細桿，、、、位于同一圓周上，點為圓周的最高點，點為最低點。每根桿上都套著一個小滑環(huán)（圖中未畫出），三個滑環(huán)分別從處釋放（初速為），