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1、课时2 两类动力学问题 超重和失重,知识点一 单位制 知识回顾 1单位制：由 单位和 单位一起组成了单位制 (1)基本单位：基本物理量的单位力学中的基本量有三个，它们是 、 、 ；它们的国际单位分别是 、 、 (2)导出单位：由 根据物理关系推导出来的其他物理量的单位,基本,导出,长度,质量,时间,米,千克,秒,基本量,2国际单位制中的基本物理量和基本单位,基础自测 关于力学单位制说法中正确的是( ) Akg、m/s、N是导出单位 Bkg、m、J是基本单位 C在国际单位制中，质量的基本单位是kg，也可以是g D只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是Fma,解析：在力学单位制中，kg、m、
2、s为基本单位，m/s、J和N均为导出单位，A、B均不正确；g不是国际单位的基本单位，C不正确；只有在国际单位制中，Fkma中的k才为“1”，牛顿第二定律的表达式才是Fma，故只有D正确 答案：D,知识点二 动力学的两类基本问题 知识回顾 1已知受力情况求运动情况 根据牛顿第二定律，已知物体的 情况，可以求出物体的加速度；再知道物体的初始条件(初位置和初速度)，根据 ，就可以求出物体在任一时刻的速度和位置，也就求出了物体的运动情况,受力,运动学公式,2已知物体的运动情况，求物体的受力情况 根据物体的运动情况，由 可以求出加速度，再根据 可确定物体的合外力，从而求出未知力，或与力相关的某些量，如动
3、摩擦因数、劲度系数、力的方向等,运动学公式,牛顿第二定律,要点深化 两类动力学问题的解题思路图解：,基础自测 某校课外活动小组，自制一枚土火箭，火箭在地面时的质量为3 kg.设火箭发射实验时，始终在垂直于地面的方向上运动火箭点火后可认为做匀加速运动，经过4 s到达离地面40 m高处，燃料恰好用完若空气阻力忽略不计，g取10 m/s2.求： (1)燃料恰好用完时火箭的速度为多大？ (2)火箭上升离地面的最大高度是多大？ (3)火箭上升时受到的最大推力是多大？,(3)加速过程中，设火箭推力为F，根据牛顿第二定律得： Fmgma 解得F45 N. 答案：(1)20 m/s (2)60 m (3)45
4、 N,知识点三 超重和失重 知识回顾 1实重和视重 (1)实重：物体实际所受到的重力，它与物体的运动状态 (2)视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧秤的拉力或对台秤的压力将不等于物体 ，此时弹簧秤的示数或台秤的示数称做物体的视重,无关,重力,2超重、失重、完全失重,要点深化 对超重和失重的进一步理解 (1)不论超重、失重或完全失重，物体的重力不变，只是“视重”改变 (2)物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体是有向上的加速度还是有向下的加速度,(3)当物体处于完全失重状态时，重力只产生使物体具有ag的加速度效果，不再产生其他效果平常一切由重力产生的物理
5、现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力，液柱不再产生向下的压强等,基础自测 下列关于超重和失重现象的描述中正确的是( ) A电梯正在减速上升，在电梯中的乘客处于超重状态 B磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时，列车上的乘客处于超重状态 C荡秋千时秋千摆到最低位置时，人处于失重状态 D“神舟”六号飞船在绕地球做圆轨道运行时，飞船内的宇航员处于完全失重状态,解析：根据超重、失重的定义可知，电梯减速上升，加速度向下，乘客处于失重状态；磁悬浮列车在水平轨道上加速，加速度水平，乘客既不处于超重状态也不处于失重状态；荡秋千时，在最低位置处，人的加速度向上，处于超重状态；飞船内的宇航员
6、所受的重力完全用于产生做圆周运动的加速度，处于完全失重状态正确选项为D. 答案：D,题型一 已知受力情况，确定物体运动情况 例1 在海滨游乐场有一种滑沙的娱乐活动如图1所示，人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始下滑，滑到斜坡底部B点后沿水平滑道再滑行一段距离到C点停下来，斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的，滑板与两滑道间的动摩擦因数为0.50，不计空气阻力，重力加速度g10 m/s2.,图1,(1)若斜坡倾角37，人和滑板的总质量为m60 kg，求人在斜坡上下滑时的加速度大小(sin370.6，cos370.8) (2)若由于受到场地的限制，A点到C点的水平距离为x50 m，为确保人身安全，假
7、如你是设计师，你认为在设计斜坡滑道时，对高度应有怎样的要求？,图2,解析 (1)在斜坡上下滑时，受力如图2由牛顿第二定律得： mgsinFma FNmgcos0 FFN 解得：agsingcos2 m/s2,答案 (1)2 m/s2 (2)斜坡的高度不能超过25 m,题后反思 由物体受力情况求解运动情况的一般步骤是： 1确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体受力图 2根据力的合成或正交分解求出合外力(大小、方向)(物体受二个以上的力作用时一般用正交分解法) 3根据牛顿第二定律列方程，并解出物体的加速度 4结合题给物体运动的初始条件，选择运动学公式求出所需的运动学量,变式11 工人用绳
8、索拉铸件，从静止开始在水平面上前进如果铸件的质量是20 kg，铸件与地面间的动摩擦因数是0.25，工人用60 N的力拉动铸件，绳跟水平方向的夹角为37并保持不变(图3)经4 s后松手，问松手后铸件还能前进多远？(g10 m/s2，cos370.8，sin370.6),图3,解析：松手前铸件做匀加速直线运动，设加速度为a Fcos37fma Fsin37FNmg0 fFN 解得 a0.35 m/s2,4 s末速度 v0at1.4 m/s 松手后减速加速度的大小设为a ag2.5 m/s2 铸件再前进s后停止，则 v022as 答案：0.39 m,题型二 已知运动情况，确定物体受力情况 例2 冰壶
9、比赛是在水平冰面上进行的体育项目，比赛场地示意图如图4甲所示比赛时，运动员脚蹬起蹬器，身体成跪式手推冰壶从本垒圆心O向前滑行，至前卫线时放开冰壶使其沿直线OO滑向营垒圆心O，为使冰壶能在冰面上滑得更远，运动员可用毛刷刷冰面以减小冰壶与冰面间的动摩擦因数,一次比赛时，冰壶(可视为质点)从本垒圆心O点向前沿直线OO滑行，某同学利用计算机描绘出冰壶运动的vt图象如图4乙所示，已知OO30.0 m，冰壶的质量为19 kg，g取10 m/s2，启动时运动员对冰壶的推力为恒力，求：,图4,(1)启动时运动员对冰壶的推力F； (2)用毛刷刷冰面的距离及此时冰壶与冰面间的动摩擦因数； (3)冰壶静止时的位置,
10、解析 (1)分析vt图象可知，02.0 s内为冰壶的启动过程，2.0 s12.0 s为冰壶在冰面上的自滑过程，12.0 s16.8 s为冰壶在运动员刷冰面后的滑行过程 0 2.0 s冰壶的加速度大小为a12 m/s2 设不刷冰面时冰壶与冰面的动摩擦因数为1，由牛顿第二定律有：F1mgma1 20 s12.0 s冰壶的加速度大小为a20.32 m/s2 由牛顿第二定律有1mgma2 联立解得F44.1 N,答案 (1)44.1 N (2)1.92 m 0.017 (3)距O点左侧0.08 m处,题后反思 解答此类问题还应注意：不论是已知运动求解力，还是已知力求解运动，作好“两分析”即受力分析、运
11、动分析是解决问题的关键在解决两类动力学基本问题时要正确画出受力分析图，进行运动过程分析，建立已知的受力情况或运动情况与加速度的关系，从而达到事半功倍的效果,求解这两类问题的思路如下：,变式21 (2010安徽理综)质量为2 kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动 的vt图象如图5所示g取10 m/s2，求： (1)物体与水平面间的动摩擦因数； (2)水平推力F的大小； (3)010 s内物体运动位移的大小,图5,答案：(1)0.2 (2)6 N (3)46 m,题型三 超重和失重问题 例3 如图6所示是电梯上升的vt图线，若电梯的质量为100 kg，则承受电
12、梯的钢绳受到的拉力在02 s之间、2 s6 s之间、6 s10 s之间分别为多大？(g取10 m/s2),图6,解析 从图中可以看出电梯的运动情况为先加速、后匀速、再减速，根据vt图线可以确定电梯的加速度，由牛顿运动定律可列式求解 对电梯的受力情况分析如图7所示：,图7,答案 1300 N 1000 N 850 N,题后反思 物体无论处于超重状态还是失重状态或完全失重状态，物体受到由于地球的吸引而产生的重力始终不变，改变的只是物体对水平支持物的压力或对竖直悬线的拉力电梯问题是超重、失重部分经常考查的题目，其实质仍是牛顿第二定律的应用,变式31 (2011福建三明期末)某位同学为了研究超重和失重
13、现象，将重为50 N的物体带到电梯中，并将它放在水平放置的传感器上，电梯由启动到停止的过程中，测得重物的压力随时间变化的图象如图8所示设在t12 s和t28 s时电梯的速度分别为v1和v2，下列判断正确的是( ) A电梯上升了，v1v2 B电梯上升了，v2v1 C电梯下降了，v1v2 D电梯下降了，v2v1,图8,解析：由图象可知，物体先处于超重状态(加速上升或减速下降)，考虑到电梯由启动开始，故可以判断电梯加速上升；由压力随时间变化的图象可知其vt图象如图9所示，可知v2v1. 答案：B,图9,1在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50 kg，电梯运
14、动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图10所示，在这段时间内下列说法中正确的是( ),图10,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体重计对晓敏的支持力 C电梯一定在竖直向下运动 D电梯的加速度大小为g/5，方向一定竖直向下,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选项错；晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力，大小一定相等，B选项错，以竖直向下为正方向，有：mgFma，即50g40g50a，解得ag/5，方向竖直向下，但速度方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，C选项错，D选项正确 答案：D,
15、2如图11所示，位于竖直平面内的固定光滑圆环轨道与水平面相切于M点，与竖直墙壁相切于A点，竖直墙壁上另一点B与M的连线和水平面的夹角为60，C是圆环轨道的圆心已知在同一时刻，a、b两球分别由A、B两点从静止开始沿光滑倾斜直轨道AM、MB运动到M点；c球由C点自由下落到M点则( ) Aa球最先到达M点 Bb球最先到达M点 Cc球最先到达M点 Db球和c球都可能最先到达M点,图11,答案：C,3如图12所示，楼梯口一倾斜的天花板与水平面成37角，一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上，大小为F10 N，刷子的质量为m0.5 kg，刷子可视为质点刷子与天花板间的动摩擦因数为0.5，天花板长为L4 m，取sin 370.6，试求：,图12,(1)刷子沿天花板向上运动的加速度； (2)工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间 解析：(1)以刷子为研究对象，受力分析如图13所示，设滑动摩擦力为Ff，天花板对刷子的弹力为FN，由牛顿第二定律，得
