《步步高高中物理教科版必修一课件：第三章 牛顿运动定律 6》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步步高高中物理教科版必修一课件：第三章 牛顿运动定律 6（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6 超重与失重 第三章 牛顿运动定律 学习目标 1 知道超重和失重现象 并理解产生超重 失重现象的条件 2 能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象 内容索引 自主预习 预习新知 夯实基础 重点探究 启迪思维 探究重点 达标检测 检测评价 达标过关 物理生活与建模 滑块 木板模型和传送带模型 自主预习 一 超重与失重的概念 1 超重 1 定义 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 物体所受重力的现 象 2 产生条件 物体具有 的加速度 2 失重 1 定义 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 物体所受重力的现 象 2 产生条件 物体具有 的加速度 3 完全失重 1 定义 物体对悬挂物的拉力 或对
2、支持物的压力 的现象 2 产生条件 物体竖直 的加速度等于 大于 向上 小于 向下 等于零 向下 g 二 超重 失重的定量分析 设物体质量为m 在拉力F作用下在竖直方向上运动 竖直方向加速度为a 重力加速度为g 1 超重 由 ma可得F 即拉力 重力 超重 ma 加速度a越大 超重越多 2 失重 由 ma可得F 即拉力 重力 失重 ma 加速度a越大 失重越多 3 完全失重 由mg F ma和a 联立解得F 即拉力为 失重 mg F mgmg ma大于 mg Fmg ma小于 g 00 即学即用 判断下列说法的正误 1 超重就是物体受到的重力增加了 2 物体处于完全失重时 物体的重力就消失了
3、3 物体处于超重时 物体一定在上升 4 物体处于失重时 物体可能在上升 5 物体做竖直上抛运动时 处于超重状态 答案 重点探究 一 超重和失重 导学探究 答案 答案 电梯启动瞬间加速度方向向上 人受到的合力方向向上 所以支 持力大于重力 电梯匀速向上运动时 人受到的合力为零 所以支持力 等于重力 如图1所示 某人乘坐电梯正在向上运动 1 电梯启动瞬间加速度方向向哪 人受到的支持力比其重 力大还是小 电梯匀速向上运动时 人受到的支持力比其 重力大还是小 图1 答案 答案 减速运动时 因速度方向向上 故加速度方向向下 即人受到的 合力方向向下 支持力小于重力 2 电梯将要到达目的地减速运动时加速度
4、方向向哪 人受到的支持力比 其重力大还是小 知识深化 1 视重 当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时 弹簧测力计或 台秤的示数称为 视重 大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受 的压力 当物体处于超重或失重时 物体的重力并未变化 只是视重变了 2 判断物体超重与失重的方法 1 从受力的角度判断 超重 物体所受向上的拉力 或支持力 大于重力 即视重大于实重 失重 物体所受向上的拉力 或支持力 小于重力 即视重小于实重 完全失重 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 为零 即视重为零 2 从加速度的角度判断 当物体的加速度方向向上 或竖直分量向上 时 处于超重状态 根据牛顿第二定律 N mg
5、ma 此时N mg 即处于超重状态 当物体的加速度方向向下 或竖直分量向下 时 处于失重状态 根据牛顿第二定律 mg N ma 此时Nmg 故D错误 图3 二 超 失重的比较及有关计算 特征状态 加速度视重 F 与重力关系运动情况受力示意图 平衡a 0由F mg 0得F mg 静止或匀速直 线运动 超重向上 由F mg ma得 F m g a mg 向上加速或向 下减速 失重向下 由mg F ma得 F m g a mg 向下加速或向 上减速 完全失重a g由mg F ma得F 0 自由落体运动 抛体运动 例3 多选 在升降机中 一个人站在磅秤上 发现自己的体重减轻了20 于是他作出下列判断
6、其中正确的是 A 升降机可能以0 8g的加速度加速上升 B 升降机可能以0 2g的加速度加速下降 C 升降机可能以0 2g的加速度减速上升 D 升降机可能以0 8g的加速度减速下降 解析 若a 0 8g 方向竖直向上 由牛顿第二定律有F mg ma得F 1 8mg 其中F为人的视重 即人此时处于超重状态 A D错误 若a 0 2g 方向竖直向下 根据牛顿第二定律有mg F ma 得F 0 8mg 人的视重比实际重力小 100 20 B C正确 解析 答案 达标检测 123 1 对超重和失重现象的理解 在田径运动会跳高比赛中 小明成功跳过了 1 7 m的高度 若忽略空气阻力 则下列说法正确的是
7、A 小明起跳时地面对他的支持力等于他的重力 B 小明起跳以后在上升过程中处于超重状态 C 小明下降过程处于失重状态 D 小明起跳以后在下降过程中重力消失了 答案解析 4 1234 解析 小明起跳的初始阶段加速度的方向向上 所以地面对他的支持力 大于他的重力 故A错误 起跳以后在上升过程 只受重力的作用 有向下的重力加速度 是处于 完全失重状态 故B错误 起跳以后在下降过程 也是只受重力的作用 有向下的重力加速度 是 处于完全失重状态 故C正确 小明起跳以后在下降过程中处于完全失重状态 重力提供向下的加速度 没有消失 故D错误 2 超 失重现象的分析 多选 在升降电梯内的地面上放一体重计 电梯
8、静止时 晓敏同学站在体重计上 体重计示数为50 kg 电梯运动过程中 某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图4所示 在这段时间内下列 说法正确的是 A 晓敏同学所受的重力变小了 B 晓敏对体重计的压力小于晓敏的重力 C 电梯一定在竖直向下运动 D 电梯的加速度大小为 方向一定竖直向下 答案 1234 解析 图4 1234 解析 晓敏在这段时间内处于失重状态 是由于晓敏对体重计的压力 变小了 而晓敏的重力没有改变 A错误 B正确 人处于失重状态 加速度向下 可能向上减速运动 也可能向下加速运 动 故C错误 以竖直向下为正方向 有 mg F ma 即50g 40g 50a 解得a 方向竖直向下 故
9、D正确 3 超重和失重问题的分析 如图5所示为一物体随升降机由一楼竖直向上运 动到某高层的过程中的v t图像 则 A 物体在0 2 s处于失重状态 B 物体在2 8 s处于超重状态 C 物体在8 10 s处于失重状态 D 由于物体的质量未知 所以无法判断超重 失重状态 答案解析 1234 图5 解析 从加速度的角度判断 由题意知0 2 s物体的加速度竖直向上 则 物体处于超重状态 2 8 s物体的加速度为零 物体处于平衡状态 8 10 s物体的加速度竖直向下 则物体处于失重状态 故C正确 4 超重 失重的有关计算 质量是60 kg的人站在升降机中的 体重计上 如图6所示 重力加速度g取10 m
10、 s2 当升降机做 下列各种运动时 求体重计的示数 1 匀速上升 1234 解析答案 图6 答案 600 N 解析 匀速上升时 由平衡条件得 N1 mg 600 N 由牛顿第三定律得 人对体重计压力为600 N 即体重计示数为600 N 2 以4 m s2的加速度加速上升 1234 答案 答案 840 N 解析 解析 加速上升时 由牛顿第二定律得 N2 mg ma1 N2 mg ma1 840 N 由牛顿第三定律得 人对体重计压力为840 N 即体重计示数为840 N 3 以5 m s2的加速度加速下降 1234 答案 答案 300 N 解析 解析 加速下降时 由牛顿第二定律得 mg N3 m
11、a3 N3 mg ma3 300 N 由牛顿第三定律得 人对体重计压力为300 N 即体重计示数为300 N 滑块 木板模型和传送带模型 一 滑块 木板模型 1 模型概述 一个物体在另一个物体上发生相对滑动 两者之间有相对 运动 问题涉及两个物体 多个过程 两物体的运动时间 速度 位移 间有一定的关系 2 常见的两种位移关系 滑块从木板的一端运动到另一端的过程中 若滑块和木板向同一方向运 动 则滑块的位移和木板的位移之差等于木板的长度 若滑块和木板向 相反方向运动 则滑块的位移和木板的位移之和等于木板的长度 3 解题方法 此类问题涉及两个物体 多个运动过程 并且物体间还存在相对运动 所以应准确
12、求出各物体在各个运动过程中的加速度 注意两过程的 连接处加速度可能突变 找出物体之间的位移 路程 关系或速度关系 是解题的突破口 求解中应注意联系两个过程的纽带 每一个过程的末 速度是下一个过程的初速度 典题1 如图7所示 厚度不计的薄板A长l 5 m 质量M 5 kg 放在水 平地面上 在A上距右端x 3 m处放一物体B 大小不计 其质量m 2 kg 已知A B间的动摩擦因数 1 0 1 A与地面间的动摩擦因数 2 0 2 原来系统静止 现在板的右端施加一大小恒定的水平力F 26 N 持续作 用在A上 将A从B下抽出 g 10 m s2 求 1 A从B下抽出前A B的加速度各是多大 答案 2
13、 m s2 1 m s2 答案解析 图7 解析 对于B 1mg maB 解得aB 1 m s2 对于A F 1mg 2 m M g MaA 解得aA 2 m s2 2 B运动多长时间离开A 答案 2 s 答案解析 解得t 2 s 技巧点拨 求解 滑块 木板 类问题的方法技巧 1 搞清各物体初态对地的运动和相对运动 或相对运动趋势 根据相 对运动 或相对运动趋势 情况 确定物体间的摩擦力方向 2 正确地对各物体进行受力分析 并根据牛顿第二定律确定各物体的 加速度 结合加速度和速度的方向关系确定物体的运动情况 二 传送带类问题 1 特点 传送带运输是利用货物和传送带之间的摩擦力将货物运送到别 的地
14、方去 它涉及摩擦力的判断 运动状态的分析和运动学知识的运用 2 解题思路 1 判断摩擦力突变点 含大小和方向 给运动分段 2 物 体运动速度与传送带运行速度相同 是解题的突破口 3 考虑物体与传 送带共速之前是否滑出 典题2 如图8所示 水平传送带正在以v 4 m s的速度匀速顺时针转动 质量为m 1 kg的某物块 可视为质点 与传送带之间的动摩擦因数 0 1 将该物块从传送带左端的A点无初速度地轻放在传送带上 g取10 m s2 1 如果传送带长度L 4 5 m 求经过多长时间物块将到达传送带的右端 答案 3 s 答案解析 图8 解析 物块放到传送带上后 在滑动摩擦力的作用下先向右做匀加速运
15、动 由 mg ma得a g 若传送带足够长 匀加速运动到与传送带同速后再与传送带一同向右做 匀速运动 因为4 5 m8 m 所以物块速度达到传送带的速度后 摩擦力变为 0 此后物块与传送带一起做匀速运动 故物块到达传送带右端的时间t t1 t2 7 s 规律总结 分析水平传送带问题的注意事项 当传送带水平运动时 应特别注意摩擦力的突变和物体运动状态的变 化 摩擦力的突变 常常导致物体的受力情况和运动性质的突变 静摩 擦力达到最大值 是物体和传送带恰好保持相对静止的临界状态 滑 动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间 因此两物体的速度达到相 同时 滑动摩擦力要发生突变 滑动摩擦力为0或变为静摩擦力
16、 典题3 如图9所示 传送带与水平地面的倾角为 37 AB的长度为 64 m 传送带以20 m s的速度沿逆时针方向转动 在传送带上端A点无 初速度地放上一个质量为8 kg的物体 它与传送带之间的动摩擦因数为 0 5 求物体从A点运动到B点所用的时间 sin 37 0 6 cos 37 0 8 g 10 m s2 答案 4 s 答案解析 图9 总结提升 物体沿着倾斜的传送带向下加速运动到与传送带速度相等时 若 tan 物体随传送带一起匀速运动 若 tan 物体将以较小的 加速度a gsin gcos 继续加速运动 1 如图10所示 质量为m1的足够长木板静止在水平面上 其上放一质量 为m2的物块 物块与木板的接触面是光滑的 从t 0时刻起 给物块施加一 水平恒力F 分别用a1 a2和v1 v2表示木板 物块的加速度和速度大小 下列图像符合运动情况的是 答案 1234 解析 跟踪训练 图10 1234 解析 木板一定保持静止 加速度为0 选项A B错误 物块的加速度a 即物块做匀加速直线运动 物块运动的v t图像为 倾斜的直线 而木板保持静止 速度一直为0 选项C错误 D正确 2 多选
