高中物理《用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題（二）》學(xué)案（新人教版必修1）

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111 牛頓第二定律的應(yīng)用―超重 失重　 　　　　　　　　　　　　　　　　 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 知識目標(biāo)： 1.知道什么是超重和失重 2.知道產(chǎn)生超重和失重的條件 能力目標(biāo)：會(huì)分析、解決超重和失重問題 【自主學(xué)習(xí)】 1.超重：當(dāng)物體具有　　　　　的加速度時(shí)（包括向上加速或向下減速兩種情況），物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Α　　　　∽陨碇亓Φ默F(xiàn)象。 2.失重：物體具有　　　　　　的加速度時(shí)（包括向下加速或向上減速兩種情況），物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Α　　　　∽陨碇亓Φ默F(xiàn)象。 3.完全失重：物體以加速度a＝g向　　　　　豎直加速或向上減速時(shí)（自由落體運(yùn)動(dòng)、處于繞星球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船里或豎直上拋時(shí)），物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Φ扔凇　　　　〉默F(xiàn)象。 4.思考：①超重是不是物體重力增加？失重是不是物體重力減小？ ②在完全失重的系統(tǒng)中，哪些測量儀器不能使用？ 【典型例題】 例1.電梯內(nèi)有一彈簧秤掛著一個(gè)重5N的物體。當(dāng)電梯運(yùn)動(dòng)時(shí)，看到彈簧秤的讀數(shù)為6N，則可能是（　?。? A.電梯加速向上運(yùn)動(dòng) B.電梯減速向上運(yùn)動(dòng) C.電梯加速向下運(yùn)動(dòng) D.電梯減速向下運(yùn)動(dòng) 例2.在以加速度a勻加速上升的電梯中，有一個(gè)質(zhì)量為m的人，站在磅秤上，則此人稱得自己的“重量”為（　　） A.ma B.m(a+g) 　C.m(g－a) 　D.mg 例3.如圖所示，一根細(xì)線一端固定在容器的底部，另一端 系一木球，木球浸沒在水中，整個(gè)裝置在臺(tái)秤上，現(xiàn)將細(xì) 線割斷，在木球上浮的過程中（不計(jì)水的阻力），則臺(tái)秤上 的示數(shù)（?。? A.增大 B.減小 C.不變 D.無法確定 【針對訓(xùn)練】 1.下列說法正確的是（　　） A.體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài) B.蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài) C.舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài) D.游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài) 2.升降機(jī)里，一個(gè)小球系于彈簧下端，升降機(jī)靜止時(shí)，彈簧伸長4cm，升降機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧伸長2cm，則升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀況可能是（　?。? A.以1m/s2的加速度加速下降 B.以4.9m/s2的加速度減速上升 C.以1m/s2的加速度加速上升 D.以4.9m/s2的加速度加速下降 3.人站在升降機(jī)中，當(dāng)升降機(jī)在上升過程中速度逐漸減小時(shí)，以下說法正確的是（?。? A.人對底板的壓力小于人所受重力 B.人對底板的壓力大于人所受重力 C.人所受重力將減小 D.人所受重力保持不變 4.下列說法中正確的是（　?。? A.物體在豎直方向上作勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)失重現(xiàn)象 B.物體豎直向下加速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)失重現(xiàn)象 C.物體處于失重狀態(tài)時(shí)，地球?qū)λ囊p小或消失 D.物體處于失重狀態(tài)時(shí)，地球?qū)ξ矬w的引力不變 5.質(zhì)量為600kg的電梯，以3m/s2的加速度勻加速上升，然后勻速上升，最后以3m/s2的加速度勻減速上升，電梯在上升過程中受到的阻力都是400N，則在三種情況下，拉電梯的鋼繩受的拉力分別是　　　　　、　　　　　　和　　　　　　。 6.如圖所示，斜面體M始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)物體m沿斜面下滑時(shí)有（　?。? m M A.勻速下滑時(shí)，M對地面壓力等于（M+m）g B.加速下滑時(shí)，M對地面壓力小于（M+m）g C.減速下滑時(shí)，M對地面壓力大于（M+m）g D.M對地面壓力始終等于（M+m）g 甲 【能力訓(xùn)練】 1.如圖，兩輕質(zhì)彈簧和質(zhì)量均為m的外殼組成甲、乙兩個(gè)彈簧測力計(jì)。 將掛有質(zhì)量為M的重物的乙秤倒鉤在甲的掛鉤上，某人手提甲的提環(huán)， 乙 向下做加速度a＝0.25g的勻減速運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是（　?。? A.甲的示數(shù)為1.25（M+m）g B.甲的示數(shù)為0.75（M+m）g M C.乙的示數(shù)為1.25Mg D.乙的示數(shù)為0.75Mg 2.一個(gè)容器裝了一定量的水，容器中有空氣，把這個(gè)容器帶到繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的宇宙飛船中，則容器中的空氣和水的形狀應(yīng)如圖中的（　?。? m M 　　　　　　　A B 　C D 3.如圖所示為雜技“頂竿”表演，一人站在地上，肩上扛一質(zhì)量為 M的豎直竹竿，當(dāng)竿上一質(zhì)量為m的人以加速度a加速下滑時(shí)， 竿對“底人”的壓力大小為（　　） A.（M+m）g B.（M+m）g－ma C.（M+m）g+ma D.（M－m）g A 4.如圖所示，A、B兩個(gè)帶異種電荷的小球，分別被兩根絕緣細(xì)線系在木盒內(nèi)的一豎直線上，靜止時(shí)，木盒對地的壓力為FN，細(xì)線對B的拉力為F，若將系B的細(xì)繩斷開，下列說法中正確的是（　　） B A.剛斷開時(shí)，木盒對地壓力仍為FN B.剛斷開時(shí)，木盒對地壓力為（FN+F） C.剛斷開時(shí)，木盒對地壓力為（FN－F） D.在B上升過程中，木盒對地壓力逐漸變大 5.如圖中A為電磁鐵，C為膠木秤盤，A和C（包括支架） O 和總質(zhì)量為M，B為鐵片，質(zhì)量為m，整個(gè)裝置用輕繩懸掛 于O點(diǎn)。當(dāng)電磁鐵通電，鐵片被吸引上升的過程中，輕繩拉 A 力F的大小為（　?。? C B A.F＝mg B.mg＜F＜（M+m）g C.F=（M+m）g D.F＞（M+m）g 6.一位同學(xué)的家住在一座25層的高樓內(nèi)，他每天乘電梯上樓，經(jīng)過多次仔細(xì)觀察和反復(fù)測量，他發(fā)現(xiàn)電梯啟動(dòng)后的運(yùn)動(dòng)速度符合如圖所示的規(guī)律，他就根據(jù)這一特點(diǎn)在電梯內(nèi)用臺(tái)秤、重物和停表測量這座樓房的高度。他將臺(tái)秤放在電梯內(nèi)，將重物放在臺(tái)秤的托盤上，電梯從第一層開始啟動(dòng)，經(jīng)過不間斷地運(yùn)行，最后停在最高層。在整個(gè)過程中，他記錄了臺(tái)秤在不同時(shí)間段內(nèi)的示數(shù)，記錄的數(shù)據(jù)如下表所示。但由于0－3.0s段的時(shí)間太短，他沒有來得及將臺(tái)秤的示數(shù)記錄下來，假設(shè)在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)臺(tái)秤的示數(shù)都是穩(wěn)定的，重力加速度g取10m/s2。 v v （1）電梯在0－3.0s時(shí)間段內(nèi)臺(tái)秤的示數(shù)應(yīng)該是多少？ （2）根據(jù)測量的數(shù)據(jù)計(jì)算該樓房每一層的平均高度。 時(shí)間/s t t2 t1 O 臺(tái)秤示數(shù)/kg 電梯啟動(dòng)前 5.0 0－3.0 3.0－13.0 5.0 13.0－19.0 4.6 19.0以后 5.0 t3 v v0 O t1 t2 7.在電梯中用磅秤稱質(zhì)量為m的物體，電梯下降過程中的t v－t圖像如圖所示，填寫下列各段時(shí)間內(nèi)秤的示數(shù)： （1）0－t1　　　；（2）t1－t2　　??；（3）t2－t3　　　。 8.一個(gè)人蹲在臺(tái)秤上，試分析：在人突然站起的過程中，臺(tái)秤的示數(shù)如何變化？ 9.某人在以a＝2.5m/s2的加速下降的電梯中最多可舉起m1＝80kg的物體，則此人在地面上最多可舉起多少千克的物體？若此人在一勻加速上升的電梯中，最多能舉起m2=40kg的物體，則此高速電梯的加速度多大？（g取10m/s2） 10.一條輕繩最多能拉著質(zhì)量為3m的物體以加速度a勻加速下降；它又最多能拉著質(zhì)量為m的物體以加速度a勻減速下降，繩子則最多能拉著質(zhì)量為多大的物體勻速上升？ 參考答案 自主學(xué)習(xí) 1.向上　　大于　　　　2.向下　　小于　　　　　3.下　　零 4.①不是重力增加或減少了，是視重改變了?！　　、谔炱?、體重計(jì)、水銀氣壓計(jì)。 典型例題 例1.AD　析：由于物體超重，故物體具有向上的加速度?！? 例2.解析：首先應(yīng)清楚，磅秤稱得的“重量”實(shí)際上是人對磅秤的壓力，也即磅秤對人的支持力FN。取人為研究對象，做力圖如圖所示，依牛頓第二定律有：　　　　FN a 人 FN－mg＝ma　　FN＝m（g+a） 即磅秤此時(shí)稱得的人的“重量”大于人的實(shí)際重力，人處于超重狀 mg 態(tài)，故選B。 例3.解析：系統(tǒng)中球加速上升，相應(yīng)體積的水加速下降，因?yàn)橄鄳?yīng)體積水的質(zhì)量大于球的質(zhì)量，整體效果相當(dāng)于失重，所以臺(tái)秤示數(shù)減小。故選B。 針對訓(xùn)練 1.B　　2.BD　　3.AD　　4.BD　　　5.8200N　　6400N　　4600N　　6.ABC　　 能力訓(xùn)練 1.A　　　2.C　　　3.B　　　4.BD　　　5.D　　　　6.（1）5.8kg　?。?）2.9m 7.（1）m(g－) 　　　（2）mg （3）m(g+) 8.臺(tái)秤的示數(shù)先偏大，后偏小，指針來回?cái)[動(dòng)一次后又停在原位置。 9.解：人的最大支持力應(yīng)不變，由題意有：m1g－F＝m1a 所以F＝m1g－m1a＝8010N－802.5N＝600N 又因?yàn)椋篏＝mg　　 所以m＝G/g=F/g＝＝60kg 故人在地面上可舉起60kg的物體。 在勻加速電梯上：F－m2g＝m2a a＝ 10.解：物體勻速上升時(shí)拉力等于物體的重力，當(dāng)物體以a勻加速下降時(shí)，物體失重 則有：FT＝3mg－3ma　?、? 物體以a勻減速下降時(shí)，物體超重故：FT=mg+ma　　② 聯(lián)立①②有：FT＝mg+mg/2=3mg/2 所以：繩子最多能拉著質(zhì)量為3m/2的物體勻速上升。 111