第四課時牛頓運動定律的應用(一)(超重與失重)1．通過復習理解超重、失重的條件并靈活應用牛頓第二定律進行計算．2．能根據動力學的圖象分析解決動力學的基本問題．1．超重、失重現象(1)超重：當物體具有向上的加速度時，物體對支持面的壓力N(或對懸掛物的拉力)大于物體的重力．(2)失重：當物體具有向下的加速度時，物體對支持面的壓力N(或對懸掛物的拉力)小于物體的重力．(3)完全失重：物體加速度a＝g豎直向下，物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力等于零的現象．(1)判斷一個物體是超重還是失重，可以從兩個角度思考：①物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力和重力大小比較．②根據運動物體加速度的方向，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”發生變化．2．動力學的圖象(1)圖象優點：圖象在中學物理中應用十分廣泛，這是因為它具有以下優點：①能形象地表達物理規律．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系．(2)圖象種類：力學中的圖象除了vt圖象和st圖象外，還有Ft圖象、Fs圖象、at圖象等，具體應用時，理解圖象的意義，熟練地運用圖象分析表達物理規律十分重要．(對應學生用書第38頁)1．某同學把一體重計放在電梯的地板上，他站在體重計上隨電梯運動并觀察體重計示數的變化情況．下表記錄了幾個特定時刻體重計的示數．(表內時間不表示先后順序)若已知t0時刻電梯靜止，則下列說法錯誤的是(

A

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

D

)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解析：無論容器做上述何種運動，在不計空氣阻力時，只有重力作用，處于完全失重狀態，小孔不向下漏水，故選項D正確．3．如圖所示，足夠長的傳送帶與水平面夾角為θ，以速度v0逆時針勻速轉動．在傳送帶的上端輕輕放置一個質量為m的小木塊，小木塊與傳送帶間的動摩擦因數μ<tanθ，則圖中能客觀地反映小木塊的速度隨時間變化關系的是(

D

)解析：小木塊被釋放后的開始階段做勻加速直線運動，所受摩擦力沿斜面向下，加速度為a1.當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動，此時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D對．對超重重、失失重的的理解1．超重、失重超重與失重產生的條件僅與加速度的方向有關，而與物體的速度大小和方向無關．“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，物體對支持面的壓力或懸線的拉力發生了變化．2【例1】如圖所所示，，臺秤秤上有有一裝裝水答案：：39.6N易錯的的原因因是只只考慮慮到空空心球球的超超重現現象，，而忽忽視了了“水球”勻加速速下降降造成成的失失重．．針對訓訓練11：一個質質量是是50kg的人站站在升升降機機的地地板上上，升升降機機的頂頂部懸懸掛了了一只只彈簧簧測力力計，，彈簧簧測力力計下下面掛掛著一一個質質量為為mA＝5kg的物體體A.當升降降機向向上運運動時時，他他看到到彈簧簧測力力計的的示數數為40N，如圖圖所示示，g取10m/s2，求此此時人人對地地板的的壓力力答案：：400N，方向向豎直直向下下動力學學中的的圖象象問題題圖象法是直觀地反映物理量之間關系的一種數學方法，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和過程．要認識坐標軸的意義，清楚圖象斜率的意義，知道圖象在坐標軸上截距的意義，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，但是應用圖象法解題思路清晰，在分析圖象時，一定要與物體運動過程相結合，從中讀取相關信息，找出所需條件，從而解決問題．【例2】(創新預預測卷卷)(12分)一同學學想研研究電電梯上上升過過程的的運動動規律律．乘乘電梯梯上樓樓時他他攜帶帶了一一個質質量為為5kg的砝碼和一一套便攜式式DIS實驗系統，，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，中間間不間斷，，一直到最最高層停止止．在這個個過程中，，顯示器上上顯示出的的力隨時間間變化的關關系如圖所所示．取重重力加速度度g＝10m/s2，根據表格格中的數據據，求：(1)電梯在最初(2)電梯在3.0s～13.0s時段內的速度v的大小；(3)電梯在19.0s內上升的高度H.答案：(1)1.6m/s20.8m/s2(2)4.8m/s(3)69.6m(1)如何判斷物物體運動過過程中的超超重、失重重？(2)題目中物體體運動共有有幾個階段段？答案：(1)靜止時質量量為5kg的物體重力力應為50N．0～3s內大于50N超重，13s～19s內小于50N失重．(2)共三個階段段.0～3s內加速上升升，3s～13s內勻速上升升，13s～19s內減速上升升．針對訓練21：如圖是電梯梯豎直上升升過程的vt圖象，若電電梯質量為為100kg，則承受電電梯的鋼繩繩所受到的的拉力在0～2s內為________N；在2s～6s內為________N；在6s～9s內為________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考點一：超超重、失重重的分析與與計算【例1】(基礎題)升降機以5m/s2的加速度豎豎直加速上上升，升降降機內質量量為60kg的人對升升降機地地板的壓壓力是________N，若此人人在地面面上最多多能舉起起60kg的重物，，則此時時他最多多能舉起起________kg的重物．．(g＝10m/s2)思路點撥撥：升降機加加速上升升時，人人和物體體都處于于超重狀狀態，而而人的臂臂力和重重力不變變，結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鍵．．考點二：：圖象問問題的應應用【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隨時間變變化的圖圖象及物物體運動動的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系系是()A．物體的的質量mB．斜面的的傾角θC．物體與與斜面間間的動摩摩擦因數數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摩擦擦因數相相同，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摩摩擦因數數相同，，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動動，在水水平面上上做勻減減速直線線運動，，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項正確．．物體在在斜面上上做加速速運動，，路程隨隨時間增增加的越越來越快快，而不不可能均均勻增加加，故D項錯誤．．本題以圖象的的形式考查了了牛頓運動定定律的應用，，熟練運動過過程中的兩個個階段的運動動狀態及受力力情況是解題題的關鍵．【測控導航】考點題號1.超重、失重現象的分析與計算1、2、3、102.動力學中的圖象問題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動的升降降機，可以體體會超重與失失重的感覺．．下列描述正正確的是(B)①當升降機加速速上升時，游游客處在失重重狀態②當升降機減速速下降時，游游客處在超重重狀態③當升降機減速速上升時，游游客處在失重重狀態④當升降機加速速下降時，游游客處在超重重狀態A．①②B．②③C．①③D．②④解析：當物體具有豎豎直向上的加加速度時，物物體處于超重重狀態；當物物體具有豎直直向下的加速速度時，物體體處于失重狀狀態．所以①④項錯，②③項對．2．(2011年江蘇蘇北四四市第二次調調研)在探究超重和和失重規律時時，某體重為為G的同學站在一一壓力傳感器器上完成一次次下蹲動作．．傳感器和計計算機相連，，經計算機處處理后得到壓壓力F隨時間t變化的圖象，，則下列圖象象中可能正確確的是(D)解析：該同學下蹲過過程中，先向向下做加速運運動，后向下下做減速運動動，所以他先先處于失重狀狀態，后處于于超重狀態，，則F先小于G，后大于G，故D對．3．(拓展展探探究究題題)如圖圖所所示示，，運運動動員員“10m跳板板跳跳水水”運動動的的過過程程可可簡簡化化為為：：運運動動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壓到到最最低低點點C，跳跳板板又又將將運運動動員員豎豎直直向向上上彈彈到到最最高高點點A，然然后后運運動動員員做做自自由由落落體體運運動動，，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計，，則則下下列列說說法法正正確確的的是是(D)A．運運動動員員向向下下運運動動(B→C)的過過程程中中，，先先失失重重后后超超重重，，對對板板的的壓壓力力先先減減小小后后增增大大B．運運動動員員向向下下運運動動(B→C)的過過程程中中，，先先失失重重后后超超重重，，對對板板的的壓壓力力先先增增大大后后減減小小C．運運動動員員向向上上運運動動(C→B)的過過程程中中，，先先超超重重后后失失重重，，對對板板的的壓壓力力先先增增大大后后減減小小D．運運動動員員向向上上運運動動(C→B)的過過程程中中，，先先超超重重后后失失重重，，對對板板的的壓壓力力一一直直減減小小解析析：：運動動員員由由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錯誤誤；；運運動動員員由由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錯誤誤、、D正確確．．4．(2010年福福建建理理綜綜)質量量為為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動摩摩擦擦因因數數為為0.2，最最大大靜靜摩摩擦擦力力與與滑滑動動摩摩擦擦力力大大小小視視為為相相等等．．從從t＝0時刻刻開開始始，，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隨時時間間t的變變化化規規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這段段時時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的大大小小與與時時間間t的關關系系和和物物塊塊速速度度v與時時間間t的關關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質量量m和物物塊塊與與地地面面之之間間的的動動摩摩擦擦因因數數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質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，，這這個個系系統統處處于于平平衡衡狀狀態態．．現現用用一一豎豎直直向向上上的的力力F拉動動木木塊塊A，使使木木塊塊A向上上做做勻勻加加速速直直線線運運動動(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的起起點點位位置置為為坐坐標標原原點點．．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之間關關系的的圖是是(A)解析：：初始時時刻，，系統統處于于平衡衡狀態態，由由平衡衡條件件：mg＝kx0；用一一豎直直向上上的力力F拉動木木塊A，使木木塊A向上做做勻加加速直直線運運動，，由牛牛頓第第二定定律：：F＋k(x0－x)－mg＝ma，F－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，，當速速率在在不太太大的的范圍圍時，，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隨時間間t的變化關系系最接近圖圖中的(B)8．(2010年福建三明明模擬)某位同學為為了研究超超重和失重重現象，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，電電梯由啟動動到停止的的過程中，，測得重物物的壓力隨隨時間變化化的圖象如如圖所示．．設在t1＝2s和t2＝8s時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(加速上升)，考慮到電電梯由靜止止啟動開始始，故可以以判斷電梯梯加速上升升；由壓力力隨時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°的斜面和長長水平面，，斜面長2.4m且固定，一一小物塊從從斜面