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1、第4课时超重与失重 整体法和隔离法基础知识回顾1. 超重与失重（1）物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大干物体所受的重力的现象,称为超重现象.（2）物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小干物体所受的重力的现象,称为失重现象.物体对支持物的压力（或 对悬挂物的拉力）为零的现象,称为完全失重.（3）不论是超重，还是失重或完全失重，物体所受的重力 没有发牛 改变,发生超重、失重或完全失重与物体运动的速 度牙关,仅决定于物体运动的加速度.在完全失重的状态下，平时一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不 再受浮力，液体柱不再产生向下的压强等.友情提示：超重、失重
2、规律揭示了系统“物重”与“视重”的定性大小关系，是牛顿第二定律的具体应用.2. 整体法和隔离法（1）概念 研究物理问题时把所研究的对象作为一个整体来处理的方法称为止体法. 研究物理问题时把所研究的对象从整体中隔离出来进行独立研究，最终得出结论的方法称为隔离法. 外力和内力：如果以物体系统为研究对象，受到系统之外的物体的作用力，这些力是物体受到的外Zl,而系统内各物体 间的相互作用了为3应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力，如果把某物体隔离出来作为研究对象，则这些内力将转 化为隔离体的外力.（2）规律方法 采用整体法时，不仅可以把几个物体作为整体,也可以把几个物理过程作为一个整体，采用整体法时各物
3、体具有相同的 加速度，并且不要求计算系统中各运动物体之间的相耳作用力,可以避免对整体内部进行繁琐的分析，常常使问题解答更 简单、明了. 当研究的对象涉及到多仝物体组成的系统，要求解物体间的相可作用力,就必须将物体从系统中隔离出来，对该物体应 用牛顿第二定律求解；采用隔离法能排除与研究对象无关的因素，使事物的特征明显地显示出来，从而进行有效的处理. 整体法和隔离法是相对统二、相辅相成的，应用牛顿运动定律解决链接体问题的过程中，采用的一般原则是先用整体法 来求物体的加速度，再用隔离法求物体之间的内部作用力.重点难点例析一、对超重和失重的理解1. 超重和失重产生的原因超重和失重产生的原因是系统在竖直
4、方向有了加速度.无论超重还是失重都是由竖直方向的加速度的方向决定的，与 物体速度方向无关.2. 对超重和失重现象的定量分析 超重物体具有向上的加速度，根据牛顿第二定律有：F-mg=ma可解得F=m（g+a）mg 失重物体具有向下的加速度，根据牛顿第二定律有：mg-F=ma可解得F=mg-a）mg，当a=g时，尸=0.此时为完全失重状态.【例1】轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一个小物块，电梯中有质量50kg的乘客，如图3-4-1所示，在电梯运行时乘客发现轻质弹簧的伸长量是电梯静止时轻质弹簧伸长量的 一半，这一现象表明（g=10m/s2）（）A. 电梯此时可能正以Im/S2大小的
5、加速度加速上升，也可能是以1H1/S2大小的加速度减速下降B. 电梯此时不可能以lm/s2大小的加速度减速上升，只能是以5m/s2大小的加速度加速下降C. 电梯此时正以5m/s2大小的加速度加速上升，也可能是以5m/s2大小的加速度减速下降D. 无论电梯此时是上升还是下降，也不论电梯是加速还是减速，乘客对电梯地板的压力大小一定图3_牛1是 250N【解析】乘客发现轻质弹簧的伸长量是电梯静止时轻质弹簧伸长量的一半,说明此时弹簧的拉力为物块重力的一半,系统 处于失重状态,有向下的加速度a ,由牛顿第二疋律得:mg-F=ma ,解得a=5m/s2 ,电梯此时可能以5m/s2大/啲加速度加 速下降,也
6、可能是以5m/s2大小的加速度减速上升,故A、B、C错；对乘客而言,由牛顿第二定律：mg-F =ma则F= mg-m=250N ,故D选项正确.【答案】D点拔超重和失重现象只是一种表面现象,它是指支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）大于或小于物体的 重力,并非物体的所受的重力增大或减小,其实质是物体具有向上或向下的加速度,因此,先根据题目所给的表面现象得 出物体的加速度,再用牛顿第二定律求解即可.拓展如图3-4-2所示，小球的密度小于杯中水的密度，弹簧两端分别固定在杯底和小球上.静止时弹簧伸 长Ak.若全套装置自由下落，则在下落过程中弹簧的伸长量将（）A. 仍为B. 大于_C. 小于_
7、,大于零D. 等于零图 3-4-2 【解析】当全套装置自由下落时，系统处于完全失重状态,弹簧与连接物之间无相互作用力,即弹簧恢复到原长,故D选项正确.答案D 二、运用隔离法解题的基本步骤1. 明确研究对象或过程、状态，选择隔离对象.2. 将研究对象从系统中隔离出来，或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来.3. 对隔离出的研究对象进行受力分析，注意只分析其它物体对研究对象的作用力.4. 寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解.【例2】如图3-4-3所示，质量为M的框架放在水平地面上，一轻质弹簧上端固定在框架上，下 端固定一个质量为加的小球小球上下振动时，框架始终没有
8、跳起当框架对地面压力为零的瞬间,M小球的加速度大小为（D）A.gD.Mt?mC. 0【解析】当框架对地面压力为零的瞬间,以框架为研究对象,框架受重力Mg和弹簧的弹力两力的合外力 Vmg为零F=Mg , 以小球为研究对象,受力情况如图3-4-4所示根据牛顿第二定律,有mg+F=ma 竹图 3-4-4M + m且f1=F2 由、式得a=g【答案】D12m【点拨】当连体中各物体的加速度不同或涉及到各物体之间的相互作用力，要用隔离法解题，用隔离法对研究对象受力分析时，只分析它受到的力，而它对其它物体的反作用力不考虑，然后利用牛顿第二定律求解研究对象可以将不知道的相互作用力去掉，单个物体作研究对象主要解
9、决相互作用力.对于有共同加速度的连接体问题，- 般先用整体法由牛顿第二定律求出加速度，再根据题目要求，将其中的某个物体进行隔离分析和求解由整体法求解加速 度时，F=ma，要注意质量m与研究对象对应另夕卜需指出的是，在应用牛顿第二定律解题时，有时需要分解力，有时需图 3-4-5拓展如图3-4-5所示，猴子的质量为m,开始时停在用绳悬吊的质量为M的木杆下端，当绳子断开瞬时，猴子 沿木杠以加速度a （相对地面）向上爬行，则此时木杆相对地面的加速度为（C ）A. gD.要分解加速度，具体情况分析，不要形成只分解力的认识.课堂自主训练1如图3-4-10所示，某同学找了一个用过的“易拉罐”在靠近底部的侧面
10、打了一个洞，用手指按住洞，向罐中装满水, 然后将易拉罐竖直向上抛出，空气阻力不计，则下列说法正确的是（D）A. 易拉罐上升的过程中，洞中射出的水的速度越来越快B. 易拉罐下降的过程中，洞中射出的水的速度越来越快C. 易拉罐上升、下降的过程中，洞中射出的水的速度都不变D. 易拉罐上升、下降的过程中，水不会从洞中射出图3-4-10【解析】设杆对猴子竖直向上的作用力为F，由牛顿第二定律得 F1-mg=ma， 得F=mg+ma，由牛顿第三定律得猴子对杆【解析】不论上升还是下降，易拉罐均处于完全失重状态，水都不会从洞中射出，故A D选项正确.【答案】D【答案】Cm3-4-6图 3-4-9向下的作用力大小
11、 笃=行=mg+ma，再以杆为研究对象，设杆向下的加速度为a0由牛顿第二定律得F2+Mg=Ma0，得0= g + M（ g + a）M三、整体法与隔离法结合整体法和隔离法是牛顿第二定律应用中极为普遍的方法隔离法是根本，但有时较烦琐；整体法较简便，但无法求解 系统内物体间相互作用力所以只有两种方法配合使用，才能有效解题故二者不可取其轻重.易错门诊【例3】如图3-4-6, m和M保持相对静止，一起沿倾角为 0的光滑斜面下滑，则M和m间的摩擦力大小是多少？ 【错解】以m与M间无摩擦力.【错因】造成错解主要是没有好的解题习惯，只是盲目的模仿，似乎解题步骤不少，但 思维没有跟上要分析摩擦力就要找接触面，
12、摩擦力方向一定与接触面相切，这一步是堵住错误的起点犯以上错误的客观 原因是思维定势，一见斜面摩擦力就沿斜面方向归结还是对物理过程分析不清.【正解】因为m和M保持相对静止，所以可以将（m+M）整体视为研究对象受力如图3-4-8，受重力（M十m） g、支持力N，沿斜面的方向有加速度a，根据牛顿第二定律列方程（M+m）gsin0=（M+m）a解得 a=gsin0 沿斜面向下.因为要求m和M间的相互作用力，再以m为研究对象，受力如图3-4-9所示将加速度a沿水平方向和竖直方向分解，根据牛顿第二定律列方程f=macos0由解得f = mgsin0 cos02如图3-4-11所示，固定在水平面上的斜面其倾
13、角0=37，长方体木块A的MN面上钉着一颗小钉子，质量m=1. 5kg的 小球B通过一细线与小钉子相连接，细线与斜面垂直木块与斜面间的动摩擦因数“=0.50.现将木块由静止释放，木块 将沿斜面下滑求在木块下滑的过程中小球对木块MN面的压力大小.（取g=10m/s2, sin37=0.6, cos37=0.8）【解析】以木块和小球整体为研究对象，设木块的质量为M，下滑的加速度为a，沿斜面方向， 根据牛顿第二定律有：（M + m ） gsin37（ M + m ） gcos37 = （ M + m ） a解得：a=g ( sin37 - “cos37 ) =2m/s2以小球B为研究对象，受重力mg
14、 ,细线拉力T和MN面对小球沿斜面向上的弹力Fn ,沿斜面方向，根据牛顿第二定律有: mgsin37 - FN=ma解得：FN=mgsin37 - ma=6N .由牛顿第三定律得，小球对木块MN面的压力大小为6N .【答案】6N .课后创新演练1下列关于超重和失重的说法中，正确的是（D）A. 物体处于超重状态时，其重力增加了B. 物体处于完全失重状态时，其重力为零C. 物体处于超重或失重状态时，其惯性比物体处于静止状态时增加或减小了D. 物体处于超重或失重状态时，其质量及受到的重力都没有变化2原来做匀速直线运动的升降机内，有一被伸长的弹簧拉住的具有一定质量的物体A静止在地板上，如图3-4-12
15、所示. 现发现A突然被弹簧拉向右方，由此可判断，此时升降机的运动可能是（BC ）I方向沿水平方向，m受向左的摩擦力，M受向右的摩擦力.【点悟】连接体问题对在解题过程中选取研究对象很重要有时以整体为研究对象，有时以单个物体为研究对象整体作为图 3-4-12A. 加速上升B. 减速上升C. 加速下降D. 减速下降3. 质量为m的人站在电梯中，电梯加速上升，加速度大小为g/3, g为重力加速度.人对电梯底部的压力为（D）A. mg/3B. 2 mgC. mg壁压力的大小.【解析】容器与小球组成连接体，其加速度为a=gsin，方向沿斜面，侧壁对小球的弹力F产 N 生水平的加速度分量，由牛顿第二定律得：Fn = ma cos0 = mg sin0 cos0 = mg ；n 2 m对M侧壁压力F = F = mg販20N 2【答案】m对M侧壁压力F = F = mg sin 20N 2D. 4mg/34如图3-4-13所示
