高三物理復(fù)習(xí) 第3章 牛頓第二定律及應(yīng)用（二）超重與失重

1、廣東省汕頭市澄海中學(xué)高三物理復(fù)習(xí)第3章 學(xué)案13 牛頓第二定律及應(yīng)用（二）超重與失重瞬時(shí)問題一、概念規(guī)律題組1關(guān)于牛頓第二定律，下列說法中不正確的是()A加速度和力是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即a與F是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失B物體只有受到力作用時(shí)，才有加速度，也一定有速度C任何情況下，加速度的方向總與合外力的方向相同，但與速度的方向不一定相同D當(dāng)物體受到幾個(gè)力作用時(shí)，可以把物體的加速度看作是各個(gè)力單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生的各個(gè)加速度的合成2給靜止在光滑水平面上的物體，施加一個(gè)水平拉力，當(dāng)拉力剛開始作用的瞬間，下列說法正確的是()A物體同時(shí)獲得速度和加速度B物體立即獲得加速度，但速度仍為零C物體立即獲得速度，但

2、加速度仍為零D物體的速度和加速度均為零3跳水運(yùn)動(dòng)員從10 m跳臺(tái)騰空躍起，先向上運(yùn)動(dòng)一段距離達(dá)到最高點(diǎn)后，再自由下落進(jìn)入水池，不計(jì)空氣阻力，關(guān)于運(yùn)動(dòng)員在空中上升過程和下落過程以下說法正確的有()A上升過程處于超重狀態(tài)，下落過程處于失重狀態(tài)B上升過程處于失重狀態(tài)，下落過程處于超重狀態(tài)C上升過程和下落過程均處于超重狀態(tài)D上升過程和下落過程均處于完全失重狀態(tài)4在完全失重的狀態(tài)下，下列物理儀器還能使用的是()A.天平 B.水銀氣壓計(jì)C.電流表 D.彈簧測(cè)力計(jì)二、思想方法題組圖15如圖1所示，A、B兩物塊疊放在一起，當(dāng)把A、B兩物塊同時(shí)豎直向上拋出時(shí)(不計(jì)空氣阻力)，則()AA的加速小于gBB的加速度小

3、于gCA、B的加速度均為gDA、B間的彈力不為零圖26如圖2所示，輕彈簧下端固定在水平面上，一個(gè)小球從彈簧正上方某一高度處由靜止開始自由下落，接觸彈簧后把彈簧壓縮到一定程度后停止下落在小球下落的這一全過程中，下列說法中正確的是()A小球剛接觸彈簧瞬間速度最大B從小球接觸彈簧起加速度變?yōu)樨Q直向上C從小球接觸彈簧到到達(dá)最低點(diǎn)，小球的速度先增大后減小D從小球接觸彈簧到到達(dá)最低點(diǎn)，小球的加速度先增大后減小一、超重與失重1超重與失重超重失重完全失重定義物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?/p>

4、力)等于零的現(xiàn)象產(chǎn)生條件物體有向上的加速度物體有向下的加速度ag，方向豎直向下視重Fm(ga)Fm(ga)F0(1)當(dāng)出現(xiàn)超重、失重時(shí)，物體的重力并沒變化(2)物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，只取決于加速度方向向上還是向下，而與速度無關(guān)(3)物體超重或失重的大小是ma.(4)當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，如單擺停擺、天平失效、浸在水中的物體不再受浮力，液柱不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)等【例1】 (2010·浙江理綜·14)圖3如圖3所示，A、B兩物體疊放在一起，以相同的初速度上拋(不計(jì)空氣阻力)下列說法正確的是()A在上升和下降過程中A對(duì)B的壓力一

5、定為零B上升過程中A對(duì)B的壓力大于A物體受到的重力C下降過程中A對(duì)B的壓力大于A物體受到的重力D在上升和下降過程中A對(duì)B的壓力等于A物體受到的重力規(guī)范思維針對(duì)訓(xùn)練1下列實(shí)例屬于超重現(xiàn)象的是()A.汽車駛過拱形橋頂端B.蕩秋千的小孩通過最低點(diǎn)C.跳水運(yùn)動(dòng)員被跳板彈起，離開跳板向上運(yùn)動(dòng)D.火箭點(diǎn)火后加速升空二、瞬時(shí)加速度問題分析物體在某一時(shí)刻的瞬時(shí)加速度，關(guān)鍵是分析瞬時(shí)前后的瞬時(shí)作用力1中學(xué)物理中的“線”和“繩”是理想化模型，具有以下幾個(gè)特性：(1)輕：其質(zhì)量和重力均可視為等于零，且一根繩(或線)中各點(diǎn)的張力大小相等(2)不可伸長：即無論繩子受力多大，繩子的長度不變，由此特點(diǎn)可知，繩子中的張力可以

6、突變2中學(xué)物理中的“彈簧”和“橡皮繩”也是理想化模型，具有以下幾個(gè)特性：(1)輕：其質(zhì)量和重力均可視為等于零，同一彈簧兩端及其中間各點(diǎn)的彈力大小相等(2)彈簧既能承受拉力，也能承受壓力；橡皮繩只能承受拉力，不能承受壓力(3)由于彈簧和橡皮繩受力時(shí)，要恢復(fù)形變需要一段時(shí)間，所以彈簧和橡皮繩中的力不能突變圖4【例2】 (2010·全國·15)如圖4所示，輕彈簧上端與一質(zhì)量為m的木塊1相連，下端與另一質(zhì)量為M的木塊2相連，整個(gè)系統(tǒng)置于水平放置的光滑木板上，并處于靜止?fàn)顟B(tài)現(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，設(shè)抽出后的瞬間，木塊1、2的加速度大小分別為a1、a2.重力加速度大小為g.則有()

7、Aa10，a2g Ba1g， a2gCa10，a2g Da1g，a2g規(guī)范思維【例3】 (2011·宿遷模擬)在動(dòng)摩擦圖5因數(shù)0.2的水平面上有一個(gè)質(zhì)量為m1 kg的小球，小球與水平輕彈簧及與豎直方向成45°角的不可伸長的輕繩一端相連，如圖5所示此時(shí)小球處于靜止平衡狀態(tài)，且水平面對(duì)小球的彈力恰好為零，當(dāng)剪斷輕繩的瞬間，取g10 m/s2.求：(1)此時(shí)輕彈簧的彈力大小；(2)小球的加速度大小和方向；(3)在剪斷彈簧的瞬間小球的加速度大小規(guī)范思維針對(duì)訓(xùn)練2如圖6甲所示，一質(zhì)量為m的物體系于長度分別為L1、L2的兩根細(xì)線上，L1的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為，L2水平拉

8、直，物體處于平衡狀態(tài)求解下列問題：圖6(1)現(xiàn)將線L2剪斷，求剪斷L2的瞬間物體的加速度(2)若將圖甲中的細(xì)線L1換成長度相同，質(zhì)量不計(jì)的輕彈簧，如圖乙所示，其他條件不變，求剪斷L2的瞬間物體的加速度【基礎(chǔ)演練】1在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計(jì)，電梯靜止時(shí)，曉敏同學(xué)站在體重計(jì)上，體重計(jì)示數(shù)為50 kg，電梯運(yùn)動(dòng)過程中，某一段時(shí)間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計(jì)示數(shù)如圖7所示在這段時(shí)間內(nèi)下列說法中正確的是()圖7A曉敏同學(xué)所受的重力變小了B曉敏對(duì)體重計(jì)的壓力小于體重計(jì)對(duì)曉敏的支持力C電梯一定在豎直向下運(yùn)動(dòng)D電梯的加速度大小為g/5，方向一定豎直向下2如圖8所示，圖8在光滑的水平面上，質(zhì)量分別為m1和m2的木

9、塊A和B之間用輕彈簧相連，在拉力F作用下，以加速度a做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻突然撤去拉力F，此瞬時(shí)A和B的加速度為a1和a2，則()Aa1a20Ba1a，a20Ca1a，a2aDa1a，a2a3圖9圖9是我國“美男子”長征火箭把載人神舟飛船送上太空的情景宇航員在火箭發(fā)射與飛船回收的過程中均要經(jīng)受超重與失重的考驗(yàn)，下列說法正確的是()A火箭加速上升時(shí)，宇航員處于失重狀態(tài)B飛船加速下落時(shí)，宇航員處于超重狀態(tài)C飛船落地前減速，宇航員對(duì)座椅的壓力大于其重力D火箭上升的加速度逐漸減小時(shí)，宇航員對(duì)座椅的壓力小于其重力4(2011·長春期末)在電梯中，把一重物置于臺(tái)秤上，臺(tái)秤與力傳感器相連，當(dāng)電梯

10、從靜止加速上升，然后又勻速運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，最后停止運(yùn)動(dòng)，傳感器的屏幕上顯示出其受到的壓力與時(shí)間的關(guān)系圖象如圖10所示，則()圖10A.B.電梯在啟動(dòng)階段約經(jīng)歷了4秒的加速上升過程C.電梯的最大加速度約為6.7 m/s2D.電梯的最大加速度約為16.7 m/s25(2009·廣東·8)某人在地面上用彈圖11簧秤稱得體重為490 N他將彈簧秤移至電梯內(nèi)稱其體重，t0至t3時(shí)間段內(nèi)，彈簧秤的示數(shù)如圖11所示，電梯運(yùn)行的vt圖可能是(取電梯向上運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎?()6(山東高考題)直升機(jī)懸停在空中向圖12地面投放裝有救災(zāi)物資的箱子，如圖12所示設(shè)投放初速度為零，箱子所受的空氣阻力與箱子

11、下落速度的平方成正比，且運(yùn)動(dòng)過程中箱子始終保持圖示姿態(tài)在箱子下落過程中，下列說法正確的是()A箱內(nèi)物體對(duì)箱子底部始終沒有壓力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，箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而“飄起來”7.圖13利用傳感器和計(jì)算機(jī)可以研究力的大小變化情況，實(shí)驗(yàn)時(shí)讓某同學(xué)從桌子上跳下，自由下落H后雙腳觸地，他順勢(shì)彎曲雙腿，他的重心又下降了h.計(jì)算機(jī)顯示該同學(xué)受到地面支持力F隨時(shí)間變化的圖象如圖13所示根據(jù)圖象提供的信息，以下判斷不正確的是()A在0至t2時(shí)間內(nèi)該同學(xué)處于失重狀態(tài)B在t2至t3時(shí)間內(nèi)該同學(xué)處于超重狀態(tài)C

12、t3時(shí)刻該同學(xué)的加速度為零D在t3至t4時(shí)間內(nèi)該同學(xué)的重心繼續(xù)下降【能力提升】圖148如圖14所示，質(zhì)量為m的小球用水平輕彈簧系住，并用傾角為30°的光滑木板AB托住，小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)當(dāng)木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度大小為()A0 B.g Cg D.g9(2011·福建廈門六中期中)如圖15所示，圖15A、B兩小球分別連在彈簧兩端，B端用細(xì)線固定在傾角為30°光滑斜面上，若不計(jì)彈簧質(zhì)量，在線被剪斷瞬間，A、B兩球的加速度分別為()A都等于 B.和0C.·和0 D0和·題號(hào)123456789答案10.一個(gè)質(zhì)量為50 kg的人，圖16

13、站在豎直向上運(yùn)動(dòng)著的升降機(jī)底板上他看到升降機(jī)上掛著一個(gè)帶有重物的彈簧測(cè)力計(jì)，其示數(shù)為40 N，如圖16所示，該重物的質(zhì)量為5 kg，這時(shí)人對(duì)升降機(jī)底板的壓力是多大？(g取10 m/s2)11如圖17甲所示為學(xué)校操場(chǎng)上一質(zhì)量不計(jì)的豎直滑桿，滑桿上端固定，下端懸空為了研究學(xué)生沿桿的下滑情況，在桿頂部裝有一拉力傳感器，可顯示桿頂端所受拉力的大小現(xiàn)有一學(xué)生(可視為質(zhì)點(diǎn))從上端由靜止開始滑下，5 s末滑到桿底時(shí)的速度恰好為零以學(xué)生開始下滑時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，傳感器顯示的拉力隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示，g取10 m/s2.求：圖17(1)該學(xué)生下滑過程中的最大速率；(2)滑桿的長度學(xué)案13牛頓第二定律及應(yīng)用(

14、二)超重與失重瞬時(shí)問題【課前雙基回扣】1ABCD2B根據(jù)牛頓第二定律，力和加速度是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，拉力剛開始作用的瞬間，物體立刻獲得一個(gè)加速度，但速度仍為零，因?yàn)樗俣鹊脑黾有枰獣r(shí)間，B正確3D跳水運(yùn)動(dòng)員在空中時(shí)無論是上升還是下降，加速度方向均向下，由于不計(jì)空氣阻力，故均為完全失重，故選D.6CD小球的加速度大小決定于小球受到的合外力從接觸彈簧到到達(dá)最低點(diǎn)，彈力從零開始逐漸增大，所以合力先減小后增大，因此加速度先減小后增大當(dāng)合力與速度同向時(shí)小球速度增大，所以當(dāng)小球所受彈力和重力大小相等時(shí)速度最大思維提升1(1)由牛頓第二定律可知，合力與加速度之間具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的關(guān)系，合力與加速度可同時(shí)發(fā)生突變，但速

15、度不能(2)合力增大，加速度一定增大，但速度不一定增大(3)加速度的方向與物體所受合力方向一致，但速度方向與加速度和合力的方向不一定共線2物體的加速度方向向上則超重；加速度方向向下則失重，與物體運(yùn)動(dòng)的速度方向無關(guān)3當(dāng)物體處于自由落體或豎直上拋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)由于物體的加速度均為重力加速度，故物體處于完全失重狀態(tài)此時(shí)物體對(duì)水平支持物的壓力或?qū)ωQ直懸掛物的拉力等于零【核心考點(diǎn)突破】例1 A對(duì)于A、B整體只受重力作用，做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)，不論上升過程還是下降過程A對(duì)B均無壓力，只有A項(xiàng)正確規(guī)范思維物體處于超重和失重狀態(tài)，僅取決于加速度，而與速度無關(guān)本題中若物體斜向上拋出、水平拋出、斜向下拋出

16、，A對(duì)B的壓力都為零例2 C木板抽出前，由平衡條件可知彈簧被壓縮產(chǎn)生的彈力大小為mg.木板抽出后瞬間，彈簧彈力保持不變，仍為mg.由平衡條件和牛頓第二定律可得a10，a2g.規(guī)范思維解本題的關(guān)鍵是分析清楚木板抽出前、后的受力情況，然后由F合ma求解a.注意彈簧彈力不能瞬間發(fā)生變化，因?yàn)閺椈蓮椓εc形變緊密聯(lián)系，在瞬間形變可認(rèn)為不變例3 (1)10 N(2)8 m/s2，向左(3)0解析(1)小球在繩沒有斷時(shí)，水平面對(duì)小球的彈力為零，球受到繩的拉力FT、自身重力G與彈簧的彈力F作用而處于平衡狀態(tài)，依據(jù)平衡條件得豎直方向有：FTcos mg水平方向有：FTsin F解得彈簧的彈力為Fmgtan 10

17、 N剪斷輕繩瞬間彈簧彈力不變，仍為10 N(2)剪斷繩后小球在豎直方向仍平衡，水平面支持力平衡重力FNmg水平方向上由牛頓第二定律得小球的加速度為a8 m/s2，方向向左(3)當(dāng)剪斷彈簧的瞬間，小球立即受地面支持力和重力，且二力平衡，加速度為0.規(guī)范思維利用牛頓第二定律求瞬時(shí)加速度時(shí)，關(guān)鍵是分析此時(shí)物體的受力情況，同時(shí)注意細(xì)繩和彈簧的區(qū)別：在其它力變化時(shí)，彈簧的彈力不會(huì)在瞬間發(fā)生變化，而細(xì)繩的拉力可以在瞬間發(fā)生突變針對(duì)訓(xùn)練1BD當(dāng)加速度向上時(shí)，物體處于超重狀態(tài)；加速度向下時(shí)，物體處于失重狀態(tài)在汽車駛過拱形橋頂端時(shí)，向心加速度向下，失重；蕩秋千的小孩通過最低點(diǎn)時(shí)，向心加速度向上，超重；跳水運(yùn)動(dòng)員

18、離開跳板向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，完全失重；火箭點(diǎn)火加速升空，加速度向上，超重2(1)agsin ，垂直L1斜向下方(2)agtan ，水平向右解析(1)當(dāng)線L2被剪斷的瞬間，因細(xì)線L2對(duì)球的彈力突然消失，而引起L1上的張力發(fā)生突變，使物體的受力情況改變，瞬時(shí)加速度沿垂直L1的方向斜向下方，為agsin .(2)當(dāng)線L2被剪斷時(shí)，細(xì)線L2對(duì)球的彈力突然消失，而彈簧的形變還來不及變化(變化要有一個(gè)過程，不能突變)，因而彈簧的彈力不變，它與重力的合力與細(xì)線L2對(duì)球的彈力是一對(duì)平衡力，等值反向，所以線L2剪斷時(shí)的瞬時(shí)加速度為agtan ，方向水平向右【課時(shí)效果檢測(cè)】1D2D首先研究整體，求出拉力F的大小F(m1m

19、2)a.突然撤去F，以A為研究對(duì)象，由于彈簧在短時(shí)間內(nèi)彈力不會(huì)發(fā)生突變，所以A物體受力不變，其加速度a1a.以B為研究對(duì)象，在沒有撤去F時(shí)有：FFm2a，而F(m1m2)a，所以Fm1a，撤去F則有Fm2a2，所以a2a.3BC加速上升或減速下降，加速度均是向上，處于超重狀態(tài)；加速下降或減速上升，加速度均是向下，處于失重狀態(tài)，由此知選項(xiàng)B、C正確4BC由圖可知，在04 s內(nèi)臺(tái)秤對(duì)物體的支持力大于物體的重力，所以04 s內(nèi)物體一直加速上升由圖線知，物體的重力為30 N，即質(zhì)量約為3 kg，臺(tái)秤對(duì)物體的最大作用力為50 N，物體所受的最大合力為20 N，所以物體的最大加速度約為6.7 m/s2.5

20、AD在t0t1時(shí)間段內(nèi)，人失重，應(yīng)向上減速或向下加速，B、C錯(cuò)；t1t2時(shí)間段內(nèi)，人勻速或靜止，t2t3時(shí)間段內(nèi)，人超重，應(yīng)向上加速或向下減速，A、D都有可能對(duì)6C因?yàn)橄侣渌俣炔粩嘣龃螅枇v2，所以阻力逐漸增大，當(dāng)fmg時(shí)，物體開始勻速下落以箱和物體為整體：(Mm)gf(Mm)a，f增大則加速度a減小對(duì)物體：MgFNma，加速度減小，則支持力FN增大所以物體后來受到的支持力比開始時(shí)要增大，不可能“飄起來”7ABD8B撤離木板時(shí)，小球所受重力和彈簧彈力沒變，二者合力大小等于撤離木板前木板對(duì)小球的支持力FN大小，由于FNmg，所以撤離木板后，小球加速度大小為：ag.9D當(dāng)線斷的瞬間，彈簧的伸長狀態(tài)不變，A受合外力還是0，A的加速度仍為0，對(duì)B進(jìn)行分析：線斷前： F線MBgsin F彈 F彈MAgsin .當(dāng)線斷時(shí)：B受合力為F合MBgsin F彈MBaB所以aB·gsin · 選項(xiàng)D正確10400 N解析以重物為研究對(duì)象，重物受向下的重力mg，向上的彈簧拉力F，重物隨升降機(jī)一起