第四課時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用(一)(超重與失重)1．通過復(fù)習(xí)理解超重、失重的條件并靈活應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行計(jì)算．2．能根據(jù)動(dòng)力學(xué)的圖象分析解決動(dòng)力學(xué)的基本問題．1．超重、失重現(xiàn)象(1)超重：當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)，物體對(duì)支持面的壓力N(或?qū)覓煳锏睦?大于物體的重力．(2)失重：當(dāng)物體具有向下的加速度時(shí)，物體對(duì)支持面的壓力N(或?qū)覓煳锏睦?小于物體的重力．(3)完全失重：物體加速度a＝g豎直向下，物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Φ扔诹愕默F(xiàn)象．(1)判斷一個(gè)物體是超重還是失重，可以從兩個(gè)角度思考：①物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦椭亓Υ笮”容^．②根據(jù)運(yùn)動(dòng)物體加速度的方向，而不是速度方向．(2)無論超重還是失重，物體所受重力不變，只是“視重”發(fā)生變化．2．動(dòng)力學(xué)的圖象(1)圖象優(yōu)點(diǎn)：圖象在中學(xué)物理中應(yīng)用十分廣泛，這是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：①能形象地表達(dá)物理規(guī)律．②能直觀地描述物理過程．③能鮮明地表示物理量之間的依賴關(guān)系．(2)圖象種類：力學(xué)中的圖象除了vt圖象和st圖象外，還有Ft圖象、Fs圖象、at圖象等，具體應(yīng)用時(shí)，理解圖象的意義，熟練地運(yùn)用圖象分析表達(dá)物理規(guī)律十分重要．(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第38頁)1．某同學(xué)把一體重計(jì)放在電梯的地板上，他站在體重計(jì)上隨電梯運(yùn)動(dòng)并觀察體重計(jì)示數(shù)的變化情況．下表記錄了幾個(gè)特定時(shí)刻體重計(jì)的示數(shù)．(表內(nèi)時(shí)間不表示先后順序)若已知t0時(shí)刻電梯靜止，則下列說法錯(cuò)誤的是(

A

)時(shí)間t0t1t2t3體重計(jì)示數(shù)/kg45.050.040.045.0A.t1和t2時(shí)刻該同學(xué)的質(zhì)量并沒有變化，但所受重力發(fā)生變化B．t1和t2時(shí)刻電梯的加速度方向一定相反C．t1和t2時(shí)刻電梯的加速度大小相等，運(yùn)動(dòng)方向不一定相反D．t3時(shí)刻電梯可能向上運(yùn)動(dòng)解析：在任一時(shí)刻，該同學(xué)的質(zhì)量和重力均不變，由t0時(shí)刻靜止可知N＝G＝mg，即質(zhì)量為45kg；在t1時(shí)刻N(yùn)>G，故有向上的加速度；在t2時(shí)刻N(yùn)<G，有向下的加速度，故B正確；運(yùn)動(dòng)方向向上、向下均有可能，故C、D正確．2．如圖所示，一個(gè)盛水的容器底部有一小孔．靜止時(shí)用手指堵住小孔不讓它漏水，假設(shè)容器在下述幾種運(yùn)動(dòng)過程中始終保持平動(dòng)，且忽略空氣阻力，則(

D

)A．容器自由下落時(shí)，小孔向下漏水B．將容器豎直向上拋出，容器向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小孔向下漏水；容器向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，小孔不向下漏水C．將容器水平拋出，容器在運(yùn)動(dòng)中小孔向下漏水D．將容器斜向上拋出，容器在運(yùn)動(dòng)中小孔不向下漏水解析：無論容器做上述何種運(yùn)動(dòng)，在不計(jì)空氣阻力時(shí)，只有重力作用，處于完全失重狀態(tài)，小孔不向下漏水，故選項(xiàng)D正確．3．如圖所示，足夠長(zhǎng)的傳送帶與水平面夾角為θ，以速度v0逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．在傳送帶的上端輕輕放置一個(gè)質(zhì)量為m的小木塊，小木塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ<tanθ，則圖中能客觀地反映小木塊的速度隨時(shí)間變化關(guān)系的是(

D

)解析：小木塊被釋放后的開始階段做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所受摩擦力沿斜面向下，加速度為a1.當(dāng)小木塊的速度與傳送帶速度相同后，小木塊開始以a2的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小木塊所受摩擦力沿斜面向上，所以a1>a2，在vt圖象中，圖線的斜率表示加速度，故選項(xiàng)D對(duì)．對(duì)超重重、失失重的的理解1．超重、失重超重與失重產(chǎn)生的條件僅與加速度的方向有關(guān)，而與物體的速度大小和方向無關(guān)．“超重”不能理解成重力增加了，“失重”不能理解成重力減小了，“完全失重”不能理解成物體的重力消失了．物體在這兩種情況下重力不變，物體對(duì)支持面的壓力或懸線的拉力發(fā)生了變化．2【例1】如圖所所示，，臺(tái)秤秤上有有一裝裝水答案：：39.6N易錯(cuò)的的原因因是只只考慮慮到空空心球球的超超重現(xiàn)現(xiàn)象，，而忽忽視了了“水球”勻加速速下降降造成成的失失重．．針對(duì)訓(xùn)訓(xùn)練11：一個(gè)質(zhì)質(zhì)量是是50kg的人站站在升升降機(jī)機(jī)的地地板上上，升升降機(jī)機(jī)的頂頂部懸懸掛了了一只只彈簧簧測(cè)力力計(jì)，，彈簧簧測(cè)力力計(jì)下下面掛掛著一一個(gè)質(zhì)質(zhì)量為為mA＝5kg的物體體A.當(dāng)升降降機(jī)向向上運(yùn)運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，他他看到到彈簧簧測(cè)力力計(jì)的的示數(shù)數(shù)為40N，如圖圖所示示，g取10m/s2，求此此時(shí)人人對(duì)地地板的的壓力力答案：：400N，方向向豎直直向下下動(dòng)力學(xué)學(xué)中的的圖象象問題題圖象法是直觀地反映物理量之間關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法，具有明確的物理意義，圖象中包含有豐富的信息，能直觀地表示物理狀態(tài)和過程．要認(rèn)識(shí)坐標(biāo)軸的意義，清楚圖象斜率的意義，知道圖象在坐標(biāo)軸上截距的意義，理解圖線所圍“面積”的意義等．有些物理題不一定要求用圖象法求解，采用其他方法同樣能夠解決，但是應(yīng)用圖象法解題思路清晰，在分析圖象時(shí)，一定要與物體運(yùn)動(dòng)過程相結(jié)合，從中讀取相關(guān)信息，找出所需條件，從而解決問題．【例2】(創(chuàng)新預(yù)預(yù)測(cè)卷卷)(12分)一同學(xué)學(xué)想研研究電電梯上上升過過程的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)規(guī)律律．乘乘電梯梯上樓樓時(shí)他他攜帶帶了一一個(gè)質(zhì)質(zhì)量為為5kg的砝碼和一一套便攜式式DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，，砝碼懸掛掛在力傳感感器上．電電梯從第一一層開始啟啟動(dòng)，中間間不間斷，，一直到最最高層停止止．在這個(gè)個(gè)過程中，，顯示器上上顯示出的的力隨時(shí)間間變化的關(guān)關(guān)系如圖所所示．取重重力加速度度g＝10m/s2，根據(jù)表格格中的數(shù)據(jù)據(jù)，求：(1)電梯在最初(2)電梯在3.0s～13.0s時(shí)段內(nèi)的速度v的大小；(3)電梯在19.0s內(nèi)上升的高度H.答案：(1)1.6m/s20.8m/s2(2)4.8m/s(3)69.6m(1)如何判斷物物體運(yùn)動(dòng)過過程中的超超重、失重重？(2)題目中物體體運(yùn)動(dòng)共有有幾個(gè)階段段？答案：(1)靜止時(shí)質(zhì)量量為5kg的物體重力力應(yīng)為50N．0～3s內(nèi)大于50N超重，13s～19s內(nèi)小于50N失重．(2)共三個(gè)階段段.0～3s內(nèi)加速上升升，3s～13s內(nèi)勻速上升升，13s～19s內(nèi)減速上升升．針對(duì)訓(xùn)練21：如圖是電梯梯豎直上升升過程的vt圖象，若電電梯質(zhì)量為為100kg，則承受電電梯的鋼繩繩所受到的的拉力在0～2s內(nèi)為________N；在2s～6s內(nèi)為________N；在6s～9s內(nèi)為________N．(g取10m/s2)解析：題圖是電梯梯豎直上在第一階段有F1－mg＝ma1即F1＝m(g＋a1)＝1300N在第二階段有F2－mg＝0即F2＝mg＝1000N在第三階段有mg－F3＝ma2即F3＝m(g－a2)＝800N.答案：1300

1000

800考點(diǎn)一：超超重、失重重的分析與與計(jì)算【例1】(基礎(chǔ)題)升降機(jī)以5m/s2的加速度豎豎直加速上上升，升降降機(jī)內(nèi)質(zhì)量量為60kg的人對(duì)升升降機(jī)地地板的壓壓力是________N，若此人人在地面面上最多多能舉起起60kg的重物，，則此時(shí)時(shí)他最多多能舉起起________kg的重物．．(g＝10m/s2)思路點(diǎn)撥撥：升降機(jī)加加速上升升時(shí)，人人和物體體都處于于超重狀狀態(tài)，而而人的臂臂力和重重力不變變，結(jié)合合牛頓第第二定律律受力分分析求解解．答案：90040掌握物體體的重力力不變，，人的臂臂力不變變是解此此類問題題關(guān)鍵．．考點(diǎn)二：：圖象問問題的應(yīng)應(yīng)用【例2】(能力題)斜面上的的物體受受到平行行于斜面面向下的的力F的作用，，力F隨時(shí)間變變化的圖圖象及物物體運(yùn)動(dòng)動(dòng)的vt圖象如圖圖所示．．由圖象象中的信信息能夠夠求出的的量或可可以確定定的關(guān)系系是()A．物體的的質(zhì)量mB．斜面的的傾角θC．物體與與斜面間間的動(dòng)摩摩擦因數(shù)數(shù)μD．μ<tanθθ答案：A.(2010年山東理理綜，16)如圖(甲)所示，物物體沿斜斜面由靜靜止滑下下，在水水平面上上滑行一一段距離離后停止止，物體體與斜面面和水平平面間的的動(dòng)摩擦擦因數(shù)相相同，斜斜面與水水平面平平滑連接接，如圖圖(乙)中v、a、f和s分別表示示物體速速度大小小、加速速度大小小、摩擦擦力大小小和路程程．圖(乙)中正確的的是(C)解析：物體與斜斜面和水水平面間間的動(dòng)摩摩擦因數(shù)數(shù)相同，，由物體體的受力力知物體體在斜面面上做勻勻加速直直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)，在水水平面上上做勻減減速直線線運(yùn)動(dòng)，，即速度度大小均均勻變化化，加速速度大小小分階段段恒定．．故A、B錯(cuò)誤．物物體在斜斜面上的的摩擦力力f1＝μmgcosθθ，在水平平面上的的摩擦力力f2＝μmg，即f1<f2，故C項(xiàng)正確．．物體在在斜面上上做加速速運(yùn)動(dòng)，，路程隨隨時(shí)間增增加的越越來越快快，而不不可能均均勻增加加，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．．本題以圖象的的形式考查了了牛頓運(yùn)動(dòng)定定律的應(yīng)用，，熟練運(yùn)動(dòng)過過程中的兩個(gè)個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)動(dòng)狀態(tài)及受力力情況是解題題的關(guān)鍵．【測(cè)控導(dǎo)航】考點(diǎn)題號(hào)1.超重、失重現(xiàn)象的分析與計(jì)算1、2、3、102.動(dòng)力學(xué)中的圖象問題4、5、6、7、8、91.(2011年合肥二檢改改編)游樂園中，游游客乘坐能做做加速或減速速運(yùn)動(dòng)的升降降機(jī)，可以體體會(huì)超重與失失重的感覺．．下列描述正正確的是(B)①當(dāng)升降機(jī)加速速上升時(shí)，游游客處在失重重狀態(tài)②當(dāng)升降機(jī)減速速下降時(shí)，游游客處在超重重狀態(tài)③當(dāng)升降機(jī)減速速上升時(shí)，游游客處在失重重狀態(tài)④當(dāng)升降機(jī)加速速下降時(shí)，游游客處在超重重狀態(tài)A．①②B．②③C．①③D．②④解析：當(dāng)物體具有豎豎直向上的加加速度時(shí)，物物體處于超重重狀態(tài)；當(dāng)物物體具有豎直直向下的加速速度時(shí)，物體體處于失重狀狀態(tài)．所以①④項(xiàng)錯(cuò)，②③項(xiàng)對(duì)．2．(2011年江蘇蘇北四四市第二次調(diào)調(diào)研)在探究超重和和失重規(guī)律時(shí)時(shí)，某體重為為G的同學(xué)站在一一壓力傳感器器上完成一次次下蹲動(dòng)作．．傳感器和計(jì)計(jì)算機(jī)相連，，經(jīng)計(jì)算機(jī)處處理后得到壓壓力F隨時(shí)間t變化的圖象，，則下列圖象象中可能正確確的是(D)解析：該同學(xué)下蹲過過程中，先向向下做加速運(yùn)運(yùn)動(dòng)，后向下下做減速運(yùn)動(dòng)動(dòng)，所以他先先處于失重狀狀態(tài)，后處于于超重狀態(tài)，，則F先小于G，后大于G，故D對(duì)．3．(拓展展探探究究題題)如圖圖所所示示，，運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員“10m跳板板跳跳水水”運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的過過程程可可簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化為為：：運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員走走上上跳跳板板，，將將跳跳板板從從水水平平位位置置B壓到到最最低低點(diǎn)點(diǎn)C，跳跳板板又又將將運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員豎豎直直向向上上彈彈到到最最高高點(diǎn)點(diǎn)A，然然后后運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員做做自自由由落落體體運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，豎豎直直落落入入水水中中．．跳跳板板自自身身重重力力忽忽略略不不計(jì)計(jì)，，則則下下列列說說法法正正確確的的是是(D)A．運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員向向下下運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)(B→C)的過過程程中中，，先先失失重重后后超超重重，，對(duì)對(duì)板板的的壓壓力力先先減減小小后后增增大大B．運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員向向下下運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)(B→C)的過過程程中中，，先先失失重重后后超超重重，，對(duì)對(duì)板板的的壓壓力力先先增增大大后后減減小小C．運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員向向上上運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)(C→B)的過過程程中中，，先先超超重重后后失失重重，，對(duì)對(duì)板板的的壓壓力力先先增增大大后后減減小小D．運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員向向上上運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)(C→B)的過過程程中中，，先先超超重重后后失失重重，，對(duì)對(duì)板板的的壓壓力力一一直直減減小小解析析：：運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員由由B→C的過過程程中中，，先先向向下下加加速速后后向向下下減減速速，，即即先先失失重重后后超超重重，，但但板板的的形形變變量量一一直直變變大大，，所所以以板板所所受受的的壓壓力力一一直直增增大大，，A、B錯(cuò)誤誤；；運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)員員由由C→B的過過程程中中，，先先向向上上加加速速后后向向上上減減速速，，即即先先超超重重后后失失重重，，板板所所受受的的壓壓力力一一直直變變小小，，故故C錯(cuò)誤誤、、D正確確．．4．(2010年福福建建理理綜綜)質(zhì)量量為為2kg的物物體體靜靜止止在在足足夠夠大大的的水水平平地地面面上上，，物物體體與與地地面面間間的的動(dòng)動(dòng)摩摩擦擦因因數(shù)數(shù)為為0.2，最最大大靜靜摩摩擦擦力力與與滑滑動(dòng)動(dòng)摩摩擦擦力力大大小小視視為為相相等等．．從從t＝0時(shí)刻刻開開始始，，物物體體受受到到方方向向不不變變、、大大小小呈呈周周期期性性變變化化的的水水平平拉拉力力F的作作用用，，F(xiàn)隨時(shí)時(shí)間間t的變變化化規(guī)規(guī)律律如如圖圖所所示示．．重重力力加加速速度度g取10m/s2，則則物物體體在在t＝0至t＝12s這段段時(shí)時(shí)間間的的位位移移大大小小為為(B)A．18mB．54mC．72mD．198m5．(2010年遼遼寧寧錦錦州州市市模模擬擬)放在在水水平平地地面面上上的的一一物物塊塊，，受受到到方方向向不不變變的的水水平平推推力力F的作作用用，，F(xiàn)的大大小小與與時(shí)時(shí)間間t的關(guān)關(guān)系系和和物物塊塊速速度度v與時(shí)時(shí)間間t的關(guān)關(guān)系系如如圖圖所所示示．．取取重重力力加加速速度度g＝10m/s2.由此此兩兩圖圖線線可可以以求求得得物物塊塊的的質(zhì)質(zhì)量量m和物物塊塊與與地地面面之之間間的的動(dòng)動(dòng)摩摩擦擦因因數(shù)數(shù)μ分別別為為(B)A．m＝1.5kg，μ＝0.4B．m＝0.5kg，μ＝0.4C．m＝0.5kg，μ＝0.2D．m＝1kg，μ＝0.26．(2010年福福建建省省同同安安一一中中期期中中考考試試)如圖圖(a)所示示，，水水平平面面上上質(zhì)質(zhì)量量相相等等的的兩兩木木塊塊A、B，用用一一輕輕彈彈簧簧相相連連接接，，這這個(gè)個(gè)系系統(tǒng)統(tǒng)處處于于平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)．．現(xiàn)現(xiàn)用用一一豎豎直直向向上上的的力力F拉動(dòng)動(dòng)木木塊塊A，使使木木塊塊A向上上做做勻勻加加速速直直線線運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)(如圖圖(b))，研研究究從從力力F剛作作用用在在木木塊塊A瞬間間到到木木塊塊B剛離離開開地地面面瞬瞬間間的的這這一一過過程程，，并并選選定定該該過過程程中中木木塊塊A的起起點(diǎn)點(diǎn)位位置置為為坐坐標(biāo)標(biāo)原原點(diǎn)點(diǎn)．．則則下下列列圖圖中中能能正正確確表表示示力力F和木塊塊A的位移移x之間關(guān)關(guān)系的的圖是是(A)解析：：初始時(shí)時(shí)刻，，系統(tǒng)統(tǒng)處于于平衡衡狀態(tài)態(tài)，由由平衡衡條件件：mg＝kx0；用一一豎直直向上上的力力F拉動(dòng)木木塊A，使木木塊A向上做做勻加加速直直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，由牛牛頓第第二定定律：：F＋k(x0－x)－mg＝ma，F(xiàn)－kx＝ma，可知知正確確圖象象為A.7．(2010年廣東東汕頭頭市模模擬)雨滴在在空氣氣中下下落，，當(dāng)速速率在在不太太大的的范圍圍時(shí)，，雨滴滴所受受到的的阻力力與其其速度度成正正比．．該速速率v隨時(shí)間間t的變化關(guān)系系最接近圖圖中的(B)8．(2010年福建三明明模擬)某位同學(xué)為為了研究超超重和失重重現(xiàn)象，將將重為50N的物體帶到到電梯中，，并將它放放在水平放放置的傳感感器上，電電梯由啟動(dòng)動(dòng)到停止的的過程中，，測(cè)得重物物的壓力隨隨時(shí)間變化化的圖象如如圖所示．．設(shè)在t1＝2s和t2＝8s時(shí)電梯的速速度分別為為v1和v2，下列判斷斷正確的是是(B)A．電梯上升升了，v1>v2B．電梯上升升了，v2>v1C．電梯下降降了，v1>v2D．電梯下降降了，v2>v1解析：由圖象可知知，物體先先處于超重重狀態(tài)(加速上升)，考慮到電電梯由靜止止啟動(dòng)開始始，故可以以判斷電梯梯加速上升升；由壓力力隨時(shí)間變變化的圖象象可知其vt圖象如圖所所示，可知知v2>v1.9．(拓展探究題題)用同種材料料制成傾角角為30°的斜面和長(zhǎng)長(zhǎng)水平面，，斜面長(zhǎng)2.4m且固定，一一小物塊從從斜面