名师辅导材料学年高中物理 重难点复习一本通 专题12 牛顿第二定律的应用超重和失重重难点.docx
《名师辅导材料学年高中物理 重难点复习一本通 专题12 牛顿第二定律的应用超重和失重重难点.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《名师辅导材料学年高中物理 重难点复习一本通 专题12 牛顿第二定律的应用超重和失重重难点.docx(16页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
名师辅导材料学年高中物理重难点复习一本通专题12牛顿第二定律的应用超重和失重重难点
专题12牛顿第二定律的应用超重和失重
重难点1力学两类问题
一、从受力确定运动情况
如果已知物体的受力情况,可以由牛顿第二定律求出物体的加速度,再通过运动学的规律确定物体的运动情况.
二、从运动情况确定受力
如果已知物体的运动情况,根据运动学公式求出物体的加速度,再根据牛顿第二定律就可以确
定物体所受的力.
[知识深化]
1.解题步骤
(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力分析图.
(2)根据力的合成与分解,求合力(包括大小和方向).
(3)根据牛顿第二定律列方程,求加速度.
(4)结合物体运动的初始条件,选择运动学公式,求运动学量——任意时刻的位移和速度,以及运动时间等.
2.流程
受力情况→合力F
求a,
求x、v0、v、t.
三、多过程问题分析
1.当题目给出的物理过程较复杂,由多个过程组成时,要明确整个过程由几个子过程组成,将过程合理分段,找到相邻过程的联系点并逐一分析每个过程.
联系点:
前一过程的末速度是后一过程的初速度,另外还有位移关系等.
2.注意:
由于不同过程中力发生了变化,所以加速度也会发生变化,所以对每一过程都要分别进行受力分析,分别求加速度.
【典例精析】
【例1】
如图所示,质量m=2kg的物体静止在水平地面上,物体与水平面间的滑动摩擦力大小等于它们间弹力的0.25倍,现对物体施加一个大小F=8N、与水平方向成θ=37°角斜向上的拉力,已知sin37°=0.6,cos3
7°=0.8,g取10m/s2.求:
(1)画出物体的受力图,并求出物体的加速度;
(2)物体在拉力作用下5s末的速度大小;
(3)物体在拉力作用下5s内通过的位移大小.
【典例分析】首先分析物体所受的力,然后利用牛顿第二定律解答。
【参考答案】
(1)见解析图 1.3m/s2,方向水平向右
(2)6.5m/s (3)16.25m
【例2】民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口,发生意外情况的飞机着陆后,打开紧急出口的舱门,会自动生成一个由气囊组成的斜面,机舱中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上来.若某型号的客机紧急出口离地面高度为4.0m,构成斜面的气囊长度为5.0m.要求紧急疏散时,乘客从气囊上由静止下滑到达地面的时间不超过2.0s(g取10m/s2),则:
(1)乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大?
(2)气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少?
【典例分析】首先分析物体所受的力,然后利用牛顿第二定律解答。
。
【参考答案】
(1)2.5m/s2
(2)0.92
【精准解析】
(1)由题意可知,h=4.0m,L=5.0m,t=2.0s.
设斜面倾角为θ,则sinθ=
.
乘客沿气囊下滑过程中,由L=
at2得a=
,代入数据得a=2.5m/s2.
(2)在乘客下滑过程中,对乘客受力分析如图所示,沿x轴方向有mgsinθ-Ff=ma,
沿y轴方向有FN-mgcosθ=0,
又Ff=μFN,联立方程解得
μ=
≈0.92.
【例3】如图所示,ACD是一滑雪场示意图,其中AC是长L=8m、倾角θ=37°的斜坡,CD段是与斜坡平滑连接的水平面.人从A点由静止下滑,经过C点时速度大小不变,又在水平面上滑行一段距离后停下.人与接触面间的动摩擦因数均为μ=0.25,不计空气阻力.(取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)人从斜坡顶端A滑至底端C所用的时间;
(2)人在离C点多远处停下?
【典例分析】首先分析物体所受的力,然后利用牛顿第二定律解答。
【参考答案】
(1)2s
(2)12.8m
【精准解析】
(1)人在斜坡上下滑时,对人受力分析如图所示.
设人沿斜坡下滑的加速度为a,沿斜坡方向,由牛顿第二定律得
mgsinθ-Ff=maFf=μFN
垂直于斜坡方向有FN-mgcosθ=0
联立以上各式得a=gsinθ-μgcosθ=4m/s2
由匀变速运动规律得L=
at2解得:
t=2s
1.(从受力情况确定运动情况)(多选)一个静止在水平面上的物体,质量为2kg,受水平拉力F=6N的作用从静止开始运动,已
知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.2(g取10m/s2),则
A.2s末物体的速度为2m/sB.2s内物体的位移为6m
C.2s内物体的位移为2mD.2s内物体的平均速度为2m/s
【答案】AC
【解析】物体竖直方向受到的重力与支持力平衡,合力为零,水平方向受到拉力F和滑动摩擦力Ff,则根据牛顿第二定律得F-Ff=ma,又Ff=μmg,联立解得,a=1m/s2.
所以2s末物体的速度为v=at=1×2m/s=2m/s,A正确;2s内物体的位移为x=
at2=2m,B错误,C正确;2s内物体的平均速度
=
=
m/s=1m/s,D错误.
2.(从运动情况确定受力情况)质量为m=3kg的木块放在倾角为θ=30°的足够长斜面上,木块可以沿斜面匀速下滑.如图所示,若用沿斜面向上的力F作用于木块上,使其由静止开始沿斜面向上加速运动,经过t=2s时间物体沿斜面上升4m的距离,则推力F为(g取10m/s2)
A.42N B.6N C.21N D.36N
【答案】D
3.(多过程问题分析)总质量为m=75kg的滑雪者以初速度v0=8m/s沿倾角为θ=37°的斜面向上自由滑行,已知雪橇与斜面间的动摩擦因数μ=0.25,假设斜面足够长.sin37°=0.6,g取10m/s2,不计空气阻力.试求:
(
1)滑雪者沿斜面上滑的最大距离;
(2)若滑雪者滑行至最高点后掉转方向向下自由滑行,求他滑到起点时的速度大小.
【答案】
(1)4m
(2)4
m/s
【解析】
(1)上滑过程中,对滑雪者进行受力分析,如图所
示,
滑雪者受重力mg、支持力FN、摩擦力Ff作用,设滑雪者的加速度为a1.根据牛顿第二定律有:
mgsinθ+Ff=ma1,a1方向沿斜面向下.
在垂直于斜面方向有:
FN=mgcosθ,又摩擦力Ff=μFN
由以上各式解得:
a1=g(sinθ+μcosθ)=8m/s2
滑雪者沿斜面向上做匀减速直线运动,速度减为零时的位移x=
=4m,即滑雪者沿斜面上滑的最大距离为4m.
(2)滑雪者沿斜面下滑时,对其受力分析如图所示.
重难点2超重和失重
一、超重和失重
1.超重:
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现
象,称为超重现象.
2.失重
:
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象,称为失重现象.
3.完全失重:
如果物体对支持物、悬挂物完全没有作用力,这时物体正好以大小等于g、方向竖直向下的加速度运动,此时物体处于完全失重状态.
[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.超重、失重的比较:
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
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)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,抛体,正常运行的卫星等
3.对超重、失重的理解
(1)物体处于超重还是失重状态,只取决于加速度的方向,与物体的运动方向无关.
(2)发生超重和失重时,物体所受的重力并没有变化.
(3)发生完全失重现象时,与重力有关的一切现象都将消失.比如物体对支持物无压力、摆钟将停止摆动,靠重力使用的仪器也不能再使用(如天平).只受重力作用的一切抛体运动,都处于完全失重状态.
二、从动力学看自由落体运动
1.自由落体运动
(1)条件:
①物体从静止开始下落,即运动的初速度是0;
②运动过程中只受重力的作用,根据牛顿第二定律mg=ma,所以a=g.
(2)运动性质:
v0=0、a=g的匀加速直线运动.
2.竖直上抛
(1)条件:
①具有竖直向上的初速度.②只受重力.
(2)运动性质:
初速度v0≠0、加速度a=g的匀变速直线运动.
[知识深化] 对竖直上抛运动的理解
1.性质:
竖直上抛运动是初速度方向竖直向上,加速度为g的匀变速直线运动.
2.特点
(1)上升过程:
加速度与速度方向相反,物体做匀减速直线运动;下降阶段,加速度与速度方向相同,物体做自由落体运动.
(2)在最高点时,物体速度为零,但加速度仍为g.
3.运动规律:
基本公式
【典例精析】
【例1】(多选)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50kg,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
【典例
分析】首先分析物体所受的力,然后利用牛顿第二定律和超重失重的特点解答。
【参考答案】BD
【例2】如图所示,A、B两人用安全带连接在一起,从飞机上跳下进行双人跳伞运动,降落伞未打开时不计空气阻力.下列说法正确的是
A.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力一定为零
B.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力大于B的重力
C.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力等于B的重力
D.在降落伞打开后减速下降过程中,安全带的作用力小于B的重力
【典例分析】首先分析物体所受的力,然后利用牛顿第二定律和超重失重的特点解答。
【参考答案】A
【精准解析】据题意,降落伞未打开时,A、B两人一起做自由落体运动,处于完全失重状态,则A、B之间安全带的作用力为0,A正确,B、C错误;降落伞打开后,A、B减速下降,加速度向上,则A、B处于超重状态,对B有:
FT-mg=ma,即FT=mg+ma>mg,故D错误.
【例3】在电梯中,把一重物置于台秤上,台秤与力的传感器相连,当电梯从静止起加速上升,然后又匀速运动一段时间,最后停止运动时,传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图象如图所示.试由此图回答问题:
(g
取10m/s2)
(1)该物体的重力是多少?
电梯在超重和失重时物体的重力是否变化?
(2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大?
【典例分析】首先分析物体所受的力,然后利用牛顿第二定律和超重失重的特点解答。
【参考答案】
(1)30N 不变
(2)6.67m/s2 6.67m/s2
【例4】气球下挂一重物,以v0=10m/s匀速上升,当到达离地面高175m处时,悬挂重物的绳子突然断裂,那么重物经多长时间落到地面?
落地速度多大?
(空气阻力不计,g取10m/s2)
【典例分析】首先分析物体所受的力,然后利用牛顿第二定律和超重失重的特点解答。
【参考答案】7s 60m/s
【精准解析】解法一 分段法
绳子断裂后,重物先匀减速上升,速度减为零后,再匀加速下降.重物上升阶段,时间t1=
=1s,
由v
=2gh1知,h1=
=5m
重物下降阶段,下降距离H=h1+175m=180m设下落时间为t2,则H=
gt
,故t2=
=6s
重物落地速度v=gt2=60m/s,总时间t=t1+t2=7s
解法二 全程法
取初速度方向为正方向重物全程位移h=v0t-
gt2,h=-175m
可解得t1=7s,t2=-5s(舍去)。
由v=v0-gt,得v=-60m/s,负号表示方向竖直向下.
【技巧点拨】
1.分段法
(1)上升过程:
v0≠0、a=g的匀减速直线运动.
(2)下降过程:
自由落体运动.
2.全程法
(1)整个过程:
初速度v0向上、加速度g竖直向下的匀变速直线运动,应用规律v=v0-gt,h=v0t-
gt2.
(2)正负号的含义
①v>0表示物体上升,v<0表示物体下降.
②h>0表示物体在抛出点上方;h<0表示物体在抛出点下方.
1.(对超重和失重的理解)(多选)在沈阳奥体中心进行的第十二届全运会女子跳高决赛中,福建名将郑幸娟以1米92的成绩成功卫冕.如图为郑幸娟在本届全运会上以背越式成功地跳过了1.92米的高度.若忽略空气阻力,g取10m/s2.则下列说法正确的是
A.郑幸娟下降过程处于失重状态B.郑幸娟下降过程处于超重状态
C.郑幸娟起跳以后在上升过程中处于超重状态D.郑幸娟起跳时地面对她的支持力大于她的重力
【答案】AD
【解析】郑幸娟在整个跳高过程中,只受重力作用,处于失重状态,故A正确,B、C错误;起跳时,有向上的加速度,则地面对她的支持力大于她的重力,故D正确.
2.(超重和失重问题的分析)如图所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的过程中的v-t图象,则
A.物体在0~2s处于失重状态B.物体在2~8s处于超重状态
C.物体在8~10s处于失重状态D.物体的质量未知,无法判断超重、失重状态
【答案】C
3.(超重、失重和完全失重的有关计算)质量是60kg的人站在升降机中的体重计上,如图所示.重力加速度g取10m/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;
(2)以4m/s2的加
速度加速上升;
(3)以5m/s2的加速度加速下降.
【答案】
(1)600N
(2)840N (3)300N
【解析】
(1)匀速上升时:
由平衡条件得:
FN1=mg=60
0N,由牛顿第三定律得:
人对体重计
压力为600N,即体重计示数为600N.
(2)加速上升时,由牛顿第二定律得:
FN2-mg=ma1,FN2=mg+ma1=840N
由牛顿第三定律得:
人对体重计压力为840N,即体重计示数为840N.
4.(竖直上抛运动的有关计算)如图所示,一同学从一高为H=10m的平台上竖直向上抛出一个可以看成质点的小球,小球的抛出点距离平台的高度为h0=0.8m,小球抛出后升高了h=0.45m到达最高点,最终小球落在地面上.g=10m/s2,求:
(1)小球抛出时的初速度大小v0;
(2)小球从抛出到接触地面的过程中经历的时间t.
【答案】
(1)3m/s (2
)1.8s
【解析】
(1)上升阶段-v
=-2gh得:
v0=
=3m/s
(2)上升阶段:
0=v0-gt1
自由落体过程:
h0+h+H=
gt
故有:
t=t1+t2,得:
t=1.8s.