物理一輪復(fù)習：3.3《超重與失重-瞬時問題》省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

第3課時超重與失重瞬時問題考點自清一、超重和失重1.超重

(1)定義:物體對支持物壓力(或?qū)覓煳锢?

物體所受重力情況.(2)產(chǎn)生條件:物體含有

加速度.2.失重

(1)定義:物體對支持物壓力(或?qū)覓煳锢?

物體所受重力情況.(2)產(chǎn)生條件:物體含有

加速度.大于向上小于向下第1頁3.完全失重

(1)定義:物體對水平支持物壓力(或?qū)ωQ直懸掛物拉力)

情況稱為完全失重現(xiàn)象.(2)產(chǎn)生條件:物體加速度a=g.名師點撥1.物體超重或失重時,僅是物體對懸掛物拉力或水平支持物壓力改變,物體所受重力并沒有改變.2.物體處于超重狀態(tài)或失重狀態(tài),與物體速度沒相關(guān)系,僅由加速度決定.等于零第2頁二、瞬時問題 研究某一時刻物體和突變關(guān)系稱為力和運動瞬時問題,簡稱“瞬時問題”.“瞬時問題”經(jīng)常伴伴隨這么一些標志性詞語:“瞬時”、“突然”、“猛地”、“剛才”等.受力運動第3頁熱點聚焦熱點一對超重和失重了解1.物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)取決于加速度方向,與速度大小和方向沒相關(guān)系,下表列出了加速度方向與物體所處狀態(tài)關(guān)系.運動情況超重、失重視重(F)a=0不超重、不失重F=mga方向豎直向上超重F=m(g+a)a方向豎直向下失重F=m(g-a)a方向豎直向下a=g完全失重F=0第4頁2.物體處于超重或失重時運動情況

(1)超重時,物體向上加速或向下減速;(2)失重時,物體向下加速或向上減速.尤其提醒1.物體超重或失重時,加速度方向不一定沿豎直方向,只要加速度有豎直向上分量就是超重,加速度有豎直向下分量就是失重.2.物體超重或失重時,加速度大小不一定是恒定.第5頁熱點二瞬時加速度求解 分析物體在某一時刻瞬時加速度,關(guān)鍵是分析瞬時前后受力情況及運動狀態(tài),再由牛頓第二定律求出瞬時加速度.這類問題應(yīng)注意兩種模型建立.1.中學物理中“線”和“繩”是理想化模型,含有以下幾個特征:(1)輕:其質(zhì)量和重力均可視為等于零,且一根繩(或線)中各點張力大小相等,其方向總是沿著繩子且背離受力物體方向.第6頁

(2)不可伸長:即不論繩子受力多大,繩子長度不變,由此特點可知,繩子中張力能夠突變.

剛性桿、繩(線)或接觸面都能夠認為是一個不發(fā)生顯著形變就能產(chǎn)生彈力物體,若剪斷(或脫離)后,其中彈力馬上消失,不需要形變恢復(fù)時間,普通題目中所給桿、細線和接觸面在不加特殊說明時,均可按此模型來處理.2.中學物理中“彈簧”和“橡皮繩”也是理想化模型,含有以下幾個特征:(1)輕:其質(zhì)量和重力均可視為等于零,同一彈簧兩端及其中間各點彈力大小相等.第7頁(2)彈簧既能承受拉力,也能承受壓力;橡皮繩只能承受拉力,不能承受壓力.(3)因為彈簧和橡皮繩受力時,要恢復(fù)形變需要一段時間,所以彈簧和橡皮繩中力不能突變.第8頁題型探究題型1瞬時問題如圖1甲所表示,一質(zhì)量為m物體系于長度分別為L1.L2兩根細線上,L1一端懸掛在天花板上,與豎直方向夾角為θ,L2水平拉直,物體處于平衡狀態(tài).求解以下問題:

(1)現(xiàn)將線L2剪斷,求剪斷L2瞬間物體加速度.圖1第9頁(2)若將圖甲中細線L1換成長度相同,質(zhì)量不計輕彈簧,如圖乙所表示,其它條件不變,求剪斷L2瞬間物體加速度.思緒點撥

求解此題應(yīng)注意以下兩點:(1)其它力改變時,彈簧彈力不能在瞬間發(fā)生突變.(2)其它力改變時,細繩上彈力能夠在瞬間發(fā)生突變.解析

(1)當線L2被剪斷瞬間,因細線L2對球彈力突然消失,而引發(fā)L1上張力發(fā)生突變,使物體受力情況改變,瞬時加速度沿垂直L1斜向下方,為a=gsinθ.第10頁

(2)當線L2被剪斷時,細線L2對球彈力突然消失,而彈簧形變還來不及改變(改變要有一個過程,不能突變),因而彈簧彈力不變,它與重力協(xié)力與細線L2對球彈力是一對平衡力,等值反向,所以線L2剪斷時瞬時加速度為a=gtanθ,方向水平向右.答案

(1)a=gsinθ,垂直l1斜向下方(2)a=gtanθ,水平向右第11頁變式練習1在動摩擦因數(shù)μ=0.2水平面上有一個質(zhì)量為m=1kg小球,小球與水平輕彈簧及與豎直方向成θ=45°角不可伸長輕繩一端相連,如圖2所表示.此時小球處于靜止平衡狀態(tài),且水平面對小球彈力恰好為零,當剪斷輕繩瞬間,取g=10m/s2.求:(1)此時輕彈簧彈力大小為多少？(2)小球加速度大小和方向？(3)當剪斷彈簧瞬間小球加速度為多少？圖2第12頁解析

(1)所以時水平面對小球彈力為零,小球在繩沒有斷時受到繩拉力FT和彈簧彈力F作用而處于平衡狀態(tài),依據(jù)平衡條件得豎直方向有:FTcosθ=mg,水平方向有:FTsinθ=F解得彈簧彈力為:F=mgtanθ=10N(2)剪斷繩后小球在豎直方向仍平衡,水平面支持力平衡重力FN=mg由牛頓第二定律得小球加速度為a==8m/s2,方向向左.(3)當剪斷彈簧瞬間,小球馬上受地面支持力和重力,且二力平衡,加速度為0.答案

(1)10N(2)8m/s2方向向左(3)0第13頁題型2超重與失重了解與應(yīng)用如圖3所表示,一個盛水容器底部有一小孔.靜止時用手指堵住小孔不讓它漏水,假設(shè)容器在下述幾個運動過程中一直保持平動,且忽略空氣阻力,則()A.容器自由下落時,小孔向下漏水B.將容器豎直向上拋出,容器向上運動時,小孔向下漏水;容器向下運動時,小孔不向下漏水C.將容器水平拋出,容器在運動中小孔向下漏水D.將容器斜向上拋出,容器在運動中小孔不向下漏水圖3第14頁思維導圖解析

容器在自由下落、豎直向上拋出、水平拋出、斜向上拋出運動中都處于完全失重狀態(tài),對容器底部壓力均為零,所以不向下漏水,只有D項正確.答案

D水和水桶運動性質(zhì)分析水和水桶受力水對水桶底有作用力嗎？結(jié)論第15頁變式練習2

在電梯中,把一重物置于臺秤上,臺秤與力傳感器相連,當電梯從靜止加速上升,然后又勻速運動一段時間,最終停頓運動,傳感器屏幕上顯示出其受到壓力與時間關(guān)系圖象如圖4所表示,則()

A.電梯在開啟階段約經(jīng)歷了2.5秒加速上升過程

B.電梯在開啟階段約經(jīng)歷了4秒加速上升過程

C.電梯最大加速度約為6.7m/s2圖4第16頁D.電梯最大加速度約為16.7m/s2解析

由圖可知,在0—4s內(nèi)臺秤對物體支持力大于物體重力,所以0—4s內(nèi)物體一直加速上升.由圖線知,物體重力為30N,即質(zhì)量約為3kg,臺秤對物體最大作用力為50N,物體所受最大協(xié)力為20N,所以物體最大加速度約為6.7m/s2.答案

BC第17頁題型3建立“勻變速直線運動”模型跳板運動中,運動員在上升過程完成空中翻轉(zhuǎn)動作后下落,能否站穩(wěn)又是一個關(guān)鍵動作,為此,運動員在腳接觸地面后都有一個下蹲過程,為是降低地面對人作用力.假設(shè)人在空中完成翻轉(zhuǎn)動作所需最短時間是t,人接觸地面時所能承受最大作用力為F,人能下蹲最大距離為x,人質(zhì)量為M,重心離腳高度為L,試求:人起跳后,為了在完成空中動作同時,又使腳不受傷,那么,人從跳板上起跳后重心上升最大高度范圍是多大？(空氣阻力忽略不計,重力加速度為g,不計起跳板高第18頁度,不考慮人在水平方向運動.空中動作過程可把人看作質(zhì)點,地面對人作用力作用時間很短,可近似看作恒力,所以,人下蹲過程可看作勻變速運動)解析

設(shè)人起跳后重心離地最高點高度為H1時剛能完成空中動作,由運動學公式可得H1-L=gt2/2,得:H1=L+gt2/2①設(shè)人起跳后重心離地最高點高度為H2時人接觸地面時所能承受最大作用力為F,下蹲過程受力情況如圖,由第二定律和運動學公式可得:F-mg=ma②第19頁a=v02/2x③人在空中自由下落過程有:v02=2(H2-L)g④解得:H2=L-x+Fx/mg⑤所以人起跳后重心上升最大高度范圍是L-x+Fx/mg>H>L+gt2/2⑥答案

L-x+Fx/mg>H>L+gt2/2本題共12分.①②③④⑤⑥式各2分.從復(fù)雜實際問題中抽象出簡單物理模型是高考重點考查基本物理能力之一.本題要求學生能把第20頁題目標敘述和自己想象結(jié)合在一起,把復(fù)雜運動抽象為自由下落過程和勻減速運動過程,經(jīng)過牛頓定律把力和運動聯(lián)絡(luò)起來.從而把一個看似復(fù)雜問題簡化為一個常見簡單問題.第21頁自我批閱(13分)如圖5甲所表示為學校操場上一質(zhì)量不計豎直滑桿,滑桿上端固定,下端懸空.為了研究學生沿桿下滑情況,在桿頂部裝有一拉力傳感器,可顯示桿頂端所受拉力大小.現(xiàn)有一學生(可視為質(zhì)點)從上端由靜止開始滑下,5s末滑到桿底時速度恰好為零.以學生開始下滑時刻為計時起點,傳感器顯示拉力隨時間改變情況如圖乙所表示,g取10m/s2.求:圖5第22頁(1)該學生下滑過程中最大速率.(2)滑桿長度.解析

(1)依據(jù)圖象可知0~1s內(nèi),人向下做勻加速運動,人對滑桿作用力為380N,方向豎直向下,所以滑桿對人作用力F1大小為380N,方向豎直向上.以人為研究對象,依據(jù)牛頓第二定律有mg-F1=ma1①(3分)5s后靜止,m==50kg1s末人速度為:v1=a1t1②(2分)依據(jù)圖象可知1s末到5s末,人做勻減速運動,5s末速度為零,所以人1s末速度到達最大值由①②代入數(shù)值解得:v1=2.4m/s,所以最大速度vm=2.4m/s.(2分)第23頁

(2)滑桿長度等于人在滑桿加速運動和減速運動經(jīng)過位移之和.加速運動位移x1=×1m=1.2m(2分)減速運動位移x2=×4m=4.8m(2分)滑桿總長度L=x1+x2=1.2m+4.8m=6.0m(2分)答案

(1)2.4m/s(2)6.0m第24頁素能提升1.圖6是我國“美男子”長征火箭把載人神舟飛船送上太空情景.宇航員在火 箭發(fā)射與飛船回收過程 中均要經(jīng)受超重與失重 考驗,以下說法正確是

() A.火箭加速上升時,宇航員處于失重狀態(tài)

B.飛船加速下落時,宇航員處于失重狀態(tài)

C.飛船落地前減速,宇航員對座椅壓力大于其重力圖6第25頁D.火箭上升加速度逐步減小時,宇航員對座椅壓力小于其重力解析加速上升或減速下降,加速度均是向上,處于超重狀態(tài);加速下降或減速上升,加速度均是向下,處于失重狀態(tài),由此知選項B.C正確.答案BC第26頁2.一個研究性學習小組設(shè)計了一個豎直加速度器,如圖7所表示.把輕彈簧上端用膠帶固定在一塊紙板上,讓其自然下垂,在彈簧末端處紙板上刻上水平線A.現(xiàn)把墊圈用膠帶固定在彈簧下端,在墊圈自由垂下處刻上水平線B,在B下方刻一水平線C,使AB間距等于BC間距.假定當?shù)刂亓铀俣萭=10m/s2,當加速度器在豎直方向運動時,若彈簧末端墊圈 ()圖7第27頁A.在A處,則表示此時加速度為零B.在A處,則表示此時加速度大小為g,且方向向下C.在C處,則質(zhì)量為50g墊圈對彈簧拉力為1ND.在BC之間某處,則此時加速度器一定是在加速上升解析設(shè)AB=BC=x,由題意知,mg=kx,在A處mg=maA,aA=g,方向豎直向下,B正確;在C處,2kx-mg=maC,aC=g,方向豎直向上,此時彈力F=2kx=2mg=1N,C正確;在B.C之間彈力F大于mg,加速度方向豎直向上,但加速度器不一定在加速上升,也可能減速下降,故D錯誤.答案BC第28頁3.如圖8所表示,質(zhì)量為m小球用水平輕彈簧系住,并用傾角為30°光滑木板AB托住,小球恰好處于靜止狀態(tài).當木板AB突然向下撤離瞬間,小球加速度大小為() A.0B.C.gD. 解析撤離木板時,小球所受重力和彈簧彈力沒變,二者協(xié)力大小等于撤離木板前木板對小球支持力圖8第29頁FN,因為FN=,所以撤離木板后,小球加速度大小為:a=.答案

B第30頁4.如圖9所表示,A.B兩小球分別連在彈簧兩端,B端用細線固定在傾角為30°光滑斜面上,若不計彈簧質(zhì)量,在線被剪斷瞬間,A.B兩球加速度分別為()

A.都等于B.和0 C.和0D.0和圖9D第31頁5.年奧運會在北京舉行,由此推進了全民健身運動蓬勃發(fā)展.體重為m=50kg小芳在校運會上,以背越式成功地跳過了1.80m高度,成為高三組跳高冠軍.若忽略空氣阻力,g取10m/s2.則以下說法正確是() A.小芳下降過程處于超重狀態(tài)

B.小芳起跳以后在上升過程中處于超重狀態(tài)

C.小芳起跳時地面對她支持力大于她重力

D.起跳過程地面對小芳最少做了900J功C第32頁6.由靜止開始豎直向上運動電梯里,某同學把測量加速度傳感器固定在手提包上,手提包與傳感器總質(zhì)量為1kg,抵達某一樓層停頓,采集數(shù)據(jù)并分析處理后列在下表中.

在計算機上畫出手提包在此過程中速度v、加速度a、手對手提包拉力F、位移x隨時間改變關(guān)系圖象,請依據(jù)上表數(shù)據(jù)和所學知識,判斷以下選項中正確是(g取10m/s2)()運動過程勻加速直線運動勻速直線運動勻減速直線運動時間(s)282加速度(m/s2)0.4000.40第33頁第34頁解析

從表中數(shù)據(jù)可知,勻加速運動加速度大小為0.4m/s2,勻減速運動加速度大小也為0.4m/s2,勻加速運動時手提包受到拉力為F1=m(g+a)=10.4N,勻減速運動時手提包受到拉力為F2=m(g-a)=9.6N.由圖象能夠得出,A圖中加速運動和減速運動加速度大小均為0.5m/s2,B圖象中,0~2s內(nèi),加速度越來越小,10s~12s,加速度越來越大;D圖象中,物體分段做勻速直線運動.綜合分析得出,C正確.答案

C第35頁7.消防隊員為縮短下樓時間,往往抱著豎直桿直接滑下.假設(shè)一名質(zhì)量為60kg、訓練有素消防隊員從七樓(即離地面18m高度)抱著豎直桿以最短時間滑下.已知桿質(zhì)量為200kg,消防隊員著地速度不能大于6m/s,手和腿對桿最大壓力為1800N,手和腿與桿之間動摩擦因數(shù)為0.5,設(shè)當?shù)刂亓铀俣萭=10m/s2.假設(shè)桿是擱在地面上,桿在水平方向不移動.試求:(1)消防隊員下滑過程中最大速度.(2)消防隊員下滑過程中桿對地面最大壓力.(3)消防隊員下滑最短時間.第36頁解