高考總習(xí)物理課件9 兩類(lèi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 超重和失重

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1、課時(shí)9兩類(lèi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題超重和失重考點(diǎn)一動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)基本問(wèn)題 基礎(chǔ)梳理運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題常?？梢苑譃閮煞N類(lèi)型，即動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)基本問(wèn)題(1)已知物體的受力情況，求物體的運(yùn)動(dòng)情況如果已知物體的受力情況，可以由牛頓第二定律求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度，再利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式就可以確定物體的運(yùn)動(dòng)情況(2)已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，求物體的受力情況如果已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的加速度，再利用牛頓第二定律確定物體的受力情況其中物體的受力情況為力的大小和方向；物體的運(yùn)動(dòng)情況為物體運(yùn)動(dòng)的位移、速度及時(shí)間等 疑難詳析不管哪種類(lèi)型，一般總是先根據(jù)已知條件求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度，然后再由此得出問(wèn)題的答案兩類(lèi)動(dòng)

2、力學(xué)基本問(wèn)題的解題思路圖解如下：應(yīng)用牛頓第二定律解決兩類(lèi)動(dòng)力學(xué)基本問(wèn)題，主要把握兩點(diǎn)：兩類(lèi)分析物體的受力分析和物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析；一個(gè)橋梁物體運(yùn)動(dòng)的加速度由此可知確定物體的加速度是解決這兩類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵考點(diǎn)二超重和失重現(xiàn)象基礎(chǔ)梳理概念定義產(chǎn)生條件視重示例超重當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力或?qū)依K的拉力比重力大的現(xiàn)象物體做向上的加速運(yùn)動(dòng)或向下的減速運(yùn)動(dòng)，即物體具有向上的加速度Fm(ga)坐電梯上樓時(shí)，電梯啟動(dòng)的過(guò)程概念定義產(chǎn)生條件視重示例失重失重：當(dāng)物體具有向下的加速度時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力或?qū)依K的拉力比重力小的現(xiàn)象物體做向下的加速運(yùn)動(dòng)或向上的減速運(yùn)動(dòng)，即物體具有向下的加速度Fm(

3、ga)坐電梯下樓時(shí)，電梯啟動(dòng)的過(guò)程完全失重：當(dāng)物體具有向下的加速度等于重力加速度g時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力或?qū)依K的拉力為零的現(xiàn)象物體的加速度等于重力加速度gF0跳傘運(yùn)動(dòng)員跳下飛機(jī)后在打開(kāi)降落傘前的運(yùn)動(dòng) 疑難詳析完全失重現(xiàn)象的理解(1)完全失重狀態(tài)不限于自由落體運(yùn)動(dòng)，只要物體具有豎直向下的等于g的加速度就處于完全失重狀態(tài)例如：不計(jì)空氣阻力的各種拋體運(yùn)動(dòng)，環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中的物體等，都處于完全失重狀態(tài)(2)在完全失重狀態(tài)下，由于重力產(chǎn)生的一切現(xiàn)象都不存在例如，物體對(duì)水平支持面沒(méi)有壓力，對(duì)豎直懸線沒(méi)有拉力，不能用天平測(cè)物體的質(zhì)量，液柱不產(chǎn)生壓強(qiáng)，在液體中的物體不受浮力等等 深化拓展1物體

4、處于超重和失重狀態(tài)時(shí)，物體所受的重力并沒(méi)有變化所謂“超重”和“失重”是指視重，其“超重”和“失重”的大小為ma.2物體是處于超重還是失重狀態(tài)，不在于物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)，而是取決于加速度的方向是向上還是向下3物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，重力只產(chǎn)生使物體具有ag的加速效果，不再產(chǎn)生其他效果題型一已知物體的受力情況，求物體的運(yùn)動(dòng)情況圖1例1在海濱游樂(lè)場(chǎng)有一種滑沙的娛樂(lè)活動(dòng)如圖1所示，人坐在滑板上從斜坡的高處A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，滑到斜坡底部B點(diǎn)后沿水平滑道再滑行一段距離到C點(diǎn)停下來(lái)，斜坡滑道與水平滑道間是平滑連接的，滑板與兩滑道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.50，不計(jì)空氣阻力，重力加速度g10 m/s2.(1

5、)若斜坡傾角37，人和滑塊的總質(zhì)量為m60 kg，求人在斜坡上下滑時(shí)的加速度大小(sin370.6，cos370.8)(2)若由于受到場(chǎng)地的限制，A點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離為x50 m，為確保人身安全，假如你是設(shè)計(jì)師，你認(rèn)為在設(shè)計(jì)斜坡滑道時(shí)，對(duì)高度應(yīng)有怎樣的要求？圖2解析(1)在斜坡上下滑時(shí)，受力如圖2由牛頓第二定律得：mgsinFmaFNmgcos0FFN解得：agsingcos2 m/s2(2)設(shè)斜坡傾角為，斜坡的最大高度為h，滑至底端時(shí)的速度為v，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知：v22a沿BC段前進(jìn)時(shí)的加速度amg/mg沿BC段滑行的距離Lv2/2a為確保安全要求，則Lhcotx聯(lián)立解得h25 m，故斜坡的

6、高度不能超過(guò)25 m.答案(1)2 m/s2(2)斜坡的高度不能超過(guò)25 m題后反思：由物體受力情況求解運(yùn)動(dòng)情況的一般步驟是：1確定研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，并畫(huà)出物體受力圖2根據(jù)力的合成或正交分解求出合外力(大小、方向)(物體受二個(gè)以上的力作用時(shí)一般用正交分解法)3根據(jù)牛頓第二定律列方程，并解出物體的加速度4結(jié)合題給物體運(yùn)動(dòng)的初始條件，選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)量圖3工人用繩索拉鑄件，從靜止開(kāi)始在水平面上前進(jìn)如果鑄件的質(zhì)量是20 kg，鑄件與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.25，工人用60 N的力拉動(dòng)鑄件，繩跟水平方向的夾角為37并保持不變(圖3)經(jīng)4 s后松手，問(wèn)松手后鑄件還能前進(jìn)多遠(yuǎn)

7、？(g10 m/s2，cos370.8，sin370.6)解析：松手前鑄件做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為aFcos37fmaFsin37FNmg0fFN解得a0.35 m/s24 s末速度v0at1.4 m/s松手后減速加速度的大小設(shè)為aag2.5 m/s2鑄件再前進(jìn)s后停止，則v2ass 0.39 m答案：0.39 m題型二已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，確定物體的受力情況例2升降機(jī)由靜止開(kāi)始上升，開(kāi)始2 s內(nèi)勻加速上升8 m，以后3 s內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng)，最后2 s內(nèi)做勻減速運(yùn)動(dòng)，速度減小到零升降機(jī)內(nèi)有一質(zhì)量為250 kg的重物，求整個(gè)上升過(guò)程中重物對(duì)升降機(jī)底板的壓力，并作出升降機(jī)運(yùn)動(dòng)的vt圖象和重物對(duì)底板壓

8、力的Ft圖象(g取10 m/s2)根據(jù)牛頓第三定律得重物對(duì)升降機(jī)底板的壓力大小為：FN1FN13500 N，方向豎直向下中間3 s內(nèi)物體勻速上升，由平衡條件得：FN2mg25010 N2500 NFN2FN22500 N，方向豎直向下物體的速度為：v2v18 m/s最后2 s內(nèi)重物隨升降機(jī)一起做勻減速運(yùn)動(dòng)，可得vtv2a3t3得a3 m/s24 m/s2，方向豎直向下根據(jù)牛頓第二定律得：mgFN3ma3解得升降機(jī)底板對(duì)重物的支持力為：FN3mgma325010 N2504 N1500 N，方向豎直向上則FN3FN31500 N，方向豎直向下根據(jù)以上三個(gè)過(guò)程的計(jì)算數(shù)據(jù)，可得vt圖象如圖4甲所示，

9、Ft圖象如圖4乙所示圖4答案(1)02 s,3500 N；2 s5 s,2500 N；5 s7 s,1500 N；vt圖象見(jiàn)解析，F(xiàn)t圖象見(jiàn)解析題后反思：由物體的運(yùn)動(dòng)情況，推斷或求出物體所受的未知力的步驟：(1)確定研究對(duì)象(2)根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的加速度(3)對(duì)研究對(duì)象分析受力情況(4)根據(jù)牛頓第二定律確定物體所受的合外力，從而求出未知力如圖5所示，在某些緊急情況下，消防隊(duì)員需從高7 m的金屬管上從靜止起迅速勻加速豎直滑下，為了安全，其著地速度不應(yīng)大于6 m/s，設(shè)一消防隊(duì)員總質(zhì)量為60 kg，他與金屬管之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4，問(wèn)他夾緊金屬管至少應(yīng)當(dāng)用多大的力？(g10

10、m/s2)圖圖5解析：消防隊(duì)員下滑的加速度設(shè)為a有v22ah下滑過(guò)程受重力和摩擦力作用mgfma且f2FN由解得：夾緊金屬管的力FN557 N答案：557 N車(chē)廂頂部固定一個(gè)定滑輪，在跨過(guò)定滑輪的繩子的兩端各系一個(gè)物體，質(zhì)量分別為m1，m2，且m1m2，m2靜止在車(chē)廂地板上，當(dāng)車(chē)廂向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，系m1那端的繩子與豎直方向的夾角為，如圖6所示，若滑輪、繩子的質(zhì)量和摩擦忽略不計(jì)，求(1)車(chē)廂的加速度(2)車(chē)廂地板對(duì)m2的支持力和摩擦力 圖6解析：(1)如圖7所示，對(duì)m1 Tsinm1aTcosm1g得agtan，T.(2)對(duì)m2 m2gNT解得Nm2gTm2g .fm2am2gtan. 圖7答案：(

11、1)gtan(2)m2g m2gtan題型三超重和失重問(wèn)題圖8例3如圖8所示，臺(tái)秤的托盤(pán)上放一杯水，水中一木球(木m木，所以整體失重(m水m木)a，所以臺(tái)秤的示數(shù)將變小質(zhì)心解析法：由于木球加速上升，同體積的水加速下降，所以整體的質(zhì)心還是加速下降的，所以系統(tǒng)處于失重狀態(tài)，臺(tái)秤的示數(shù)應(yīng)減小答案臺(tái)秤的示數(shù)變小題后反思：當(dāng)研究幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)時(shí)，有部分物體有豎直方向的加速度時(shí)，應(yīng)考慮整體重心(質(zhì)心)的加速度方向以判斷系統(tǒng)是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，較為方便. 圖9應(yīng)用31如圖9所示，質(zhì)量為M的粗糙斜面上有一質(zhì)量為m的木塊沿斜面下滑，則地面受到的正壓力可能是 ()A等于(Mm)gB大于(Mm)gC小于

12、(Mm)gD無(wú)法確定解析：對(duì)于M、m組成系統(tǒng)整體研究，當(dāng)m勻速下滑時(shí)既不超重也不失重，對(duì)地面的壓力等于系統(tǒng)整體的重力當(dāng)m加速下滑時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)在豎直方向上有向下的加速度，處于失重狀態(tài)，對(duì)地面的壓力小于系統(tǒng)的重力，當(dāng)m減速下滑時(shí)，系統(tǒng)在豎直方向上具有向上的加速度，處于超重狀態(tài)，對(duì)地的壓力大于系統(tǒng)的重力答案：ABC1(2009廣東高考)搬運(yùn)工人沿粗糙斜面把一個(gè)物體拉上卡車(chē)，當(dāng)力沿斜面向上，大小為F時(shí)，物體的加速度為a1；若保持力的方向不變，大小變?yōu)?F時(shí)，物體的加速度為a2，則 ()Aa1a2Ba1a22a1答案：D圖102直升機(jī)懸停在空中向地面投放裝有救災(zāi)物資的箱子，如圖10所示設(shè)投放初速度為零，

13、箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比，且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中箱子始終保持圖示姿態(tài)在箱子下落過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是 ()A箱內(nèi)物體對(duì)箱子底部始終沒(méi)有壓力B箱子剛從飛機(jī)上投下時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力最大C箱子接近地面時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時(shí)大D若下落距離足夠長(zhǎng)，箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而“飄起來(lái)”解析：因箱子下落過(guò)程中受空氣阻力為fkv2，故物體下落過(guò)程的加速度a ，當(dāng)v0時(shí)，ag，v0時(shí)a0，故A、B錯(cuò)誤；因箱子下落過(guò)程為變加速運(yùn)動(dòng)，箱子接近地面時(shí)v最大，阻力f最大，加速度a最小，由Nm(ga)知物體對(duì)箱子的壓力最大，故C正確；若下落距離足夠長(zhǎng)，當(dāng)fmg時(shí)箱子做勻速運(yùn)動(dòng)，a0，則N

14、mg，故D錯(cuò)誤答案：C答案：答案：B圖114一個(gè)靜止的質(zhì)點(diǎn)，在04 s時(shí)間內(nèi)受到力F的作用，力的方向始終在同一直線上，力F隨時(shí)間t的變化如圖11所示，則質(zhì)點(diǎn)在 ()A第2 s末速度改變方向B第2 s末位移改變方向C第4 s末回到原出發(fā)點(diǎn)D第4 s末運(yùn)動(dòng)速度為零解析：F在02 s內(nèi)方向不變，則質(zhì)點(diǎn)在02 s內(nèi)一直加速；F在24 s內(nèi)方向與前2 s方向相反，但大小變化規(guī)律與前2 s相同，可知24 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)減速運(yùn)動(dòng)、速度方向不變，到4 s末速度減為0.由上述分析可知只有D選項(xiàng)正確答案：D5科研人員乘氣球進(jìn)行科學(xué)考察氣球、座艙、壓艙物和科研人員的總質(zhì)量為990 kg.氣球在空中停留一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)氣球

15、漏氣而下降，及時(shí)堵住堵住時(shí)氣球下降速度為1 m/s，且做勻加速運(yùn)動(dòng)，4 s內(nèi)下降了12 m為使氣球安全著陸，向舷外緩慢拋出一定的壓艙物此后發(fā)現(xiàn)氣球做勻減速運(yùn)動(dòng)，下降速度在5分鐘內(nèi)減少了3 m/s.若空氣阻力和泄漏氣體的質(zhì)量均可忽略，重力加速度g9.89 m/s2，求拋掉的壓艙物的質(zhì)量解析：設(shè)堵住漏洞后，氣球的初速度為v0，所受的空氣浮力為f，氣球、座艙、壓艙物和科研人員的總質(zhì)量為m，由牛頓第二定律得mgfma式中a是氣球下降的加速度以此加速度在時(shí)間t內(nèi)下降了h，則hv0t at2當(dāng)向舷外拋掉質(zhì)量為m的壓艙物后，有f(mm)g(mm)a式中a是拋掉壓艙物后氣球的加速度由題意，此時(shí)a方向向上vat式中v是拋掉壓艙物后氣球在t時(shí)間內(nèi)下降速度的減少量由得m m將題設(shè)數(shù)據(jù)m990 kg，v01 m/s，t4 s，h12 m，t300 s，v3 m/s，g9.89 m/s2代入式得m101 kg.答案：101 kg