第二講　兩類動力學(xué)問題　超重和失重

1、第二講兩類動力學(xué)問題超重和失重第二講兩類動力學(xué)問題超重和失重一、單位制一、單位制1單位制：由單位制：由 單位和單位和 單位一起組成了單位制單位一起組成了單位制(1)基本單位：基本物理量的單位力學(xué)中的基本量有三個，它們基本單位：基本物理量的單位力學(xué)中的基本量有三個，它們是是；它們的國際單位分別是；它們的國際單位分別是(2)導(dǎo)出單位：由導(dǎo)出單位：由 量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量的量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量的單位單位基本基本導(dǎo)出導(dǎo)出長度、時間、質(zhì)量長度、時間、質(zhì)量米、秒、千克米、秒、千克基本基本2國際單位制中的基本物理量和基本單位國際單位制中的基本物理量和基本單位物理量名稱物理量名稱物

2、理量符號物理量符號單位名稱單位名稱單位符號單位符號長度長度l質(zhì)量質(zhì)量m時間時間t電流電流i安安(培培)熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度t開開(爾文爾文)k物質(zhì)的量物質(zhì)的量n摩摩(爾爾)mol發(fā)光強度發(fā)光強度i坎坎(德拉德拉)cd米米m千克千克kg秒秒sa二、動力學(xué)的兩類基本問題二、動力學(xué)的兩類基本問題1已知受力情況求運動情況已知受力情況求運動情況根據(jù)牛頓第二定律，已知物體的根據(jù)牛頓第二定律，已知物體的 ，可以求出物體的加，可以求出物體的加速 度 ； 再 知 道 物 體 的 初 始 條 件速 度 ； 再 知 道 物 體 的 初 始 條 件 ( 初 位 置 和 初 速 度初 位 置 和 初 速 度 ) ， 根

3、 據(jù)， 根 據(jù) ，就可以求出物體在任一時刻的速度和位置，也就求，就可以求出物體在任一時刻的速度和位置，也就求出了物體的運動情況出了物體的運動情況2已知物體的運動情況，求物體的受力情況已知物體的運動情況，求物體的受力情況根據(jù)物體的運動情況，由根據(jù)物體的運動情況，由 可以求出加速度，再根據(jù)可以求出加速度，再根據(jù) 可確定物體的合外力，從而求出未知力，或與力相關(guān)可確定物體的合外力，從而求出未知力，或與力相關(guān)的某些量，如動摩擦因數(shù)、勁度系數(shù)、力的方向等的某些量，如動摩擦因數(shù)、勁度系數(shù)、力的方向等受力情況受力情況運動學(xué)公式運動學(xué)公式運動學(xué)公式運動學(xué)公式牛頓第二定律牛頓第二定律三、超重和失重三、超重和失重1

4、超重超重(1)定義：物體對支持物的壓力定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦驅(qū)覓煳锏睦? 物體物體所受重力的情況所受重力的情況(2)產(chǎn)生條件：物體具有產(chǎn)生條件：物體具有 的加速度的加速度2失重失重(1)定義：物體對支持物的壓力定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦驅(qū)覓煳锏睦? 物體物體所受重力的情況所受重力的情況(2)產(chǎn)生條件：物體具有產(chǎn)生條件：物體具有 的加速度的加速度大于大于向上向上小于小于向下向下3完全失重完全失重(1)定義：物體對水平支持物的壓力定義：物體對水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力或?qū)ωQ直懸掛物的拉力) 的情況稱為完全失重現(xiàn)象的情況稱為完全失重現(xiàn)象(2

5、)產(chǎn)生條件：物體的加速度產(chǎn)生條件：物體的加速度ag.等于零等于零一、對超重和失重的進一步理解一、對超重和失重的進一步理解1不論超重、失重或完全失重，物體的重力不變，只是不論超重、失重或完全失重，物體的重力不變，只是“視重視重”改變改變2物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)取決于加速度的方向，與速度物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)取決于加速度的方向，與速度的大小和方向沒有關(guān)系，下表列出了加速度方向與物體所處狀態(tài)的關(guān)系的大小和方向沒有關(guān)系，下表列出了加速度方向與物體所處狀態(tài)的關(guān)系.運動情況運動情況超重、失重超重、失重視重視重a0不超重、不失重不超重、不失重fmga的方向豎直向上的方向豎直向上超重超重fm(ga

6、)a的方向豎直向下的方向豎直向下失重失重fm(ga)ag完全失重完全失重f03.物體處于超重或失重時的運動情況物體處于超重或失重時的運動情況(1)超重時，物體向上加速或向下減速；超重時，物體向上加速或向下減速；(2)失重時，物體向下加速或向上減速失重時，物體向下加速或向上減速4物體超重或失重的多少是由物體的質(zhì)量和豎直加速度共同決定物體超重或失重的多少是由物體的質(zhì)量和豎直加速度共同決定的，其大小等于的，其大小等于ma.(1)物體超重或失重時，加速度方向不一定沿豎直方向，只要加速物體超重或失重時，加速度方向不一定沿豎直方向，只要加速度有豎直向上的分量就是超重，加速度有豎直向下的分量就是失重度有豎直

7、向上的分量就是超重，加速度有豎直向下的分量就是失重(2)物體超重或失重時，加速度的大小不一定是恒定的物體超重或失重時，加速度的大小不一定是恒定的二、解答兩類動力學(xué)問題的基本方法及步驟二、解答兩類動力學(xué)問題的基本方法及步驟1分析流程圖分析流程圖2應(yīng)用牛頓第二定律的解題步驟應(yīng)用牛頓第二定律的解題步驟(1)明確研究對象根據(jù)問題的需要和解題的方便，選出被研究的明確研究對象根據(jù)問題的需要和解題的方便，選出被研究的物體物體(2)分析物體的受力情況和運動情況，畫好受力分析圖，明確物體分析物體的受力情況和運動情況，畫好受力分析圖，明確物體的運動性質(zhì)和運動過程的運動性質(zhì)和運動過程(3)選取正方向或建立坐標(biāo)系，通

8、常以加速度的方向為正方向或以選取正方向或建立坐標(biāo)系，通常以加速度的方向為正方向或以加速度方向為某一坐標(biāo)軸的正方向加速度方向為某一坐標(biāo)軸的正方向(4)求合外力求合外力f. (5)根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律fma列方程求解，必要時還要對結(jié)果進行列方程求解，必要時還要對結(jié)果進行討論討論(1)牛頓第二定律牛頓第二定律fma在確定在確定a與與m、f的數(shù)量關(guān)系的同時，也確的數(shù)量關(guān)系的同時，也確定了三個量間的單位關(guān)系及定了三個量間的單位關(guān)系及a及及f間的方向關(guān)系間的方向關(guān)系(2)應(yīng)用牛頓第二定律求應(yīng)用牛頓第二定律求a時，可以先求時，可以先求f，再求，再求a，或先求各個力的，或先求各個力的加速度，再合成

9、求出合加速度加速度，再合成求出合加速度1.關(guān)于力學(xué)單位制說法中正確的是關(guān)于力學(xué)單位制說法中正確的是()akg、m/s、n是導(dǎo)出單位是導(dǎo)出單位bkg、m、j是基本單位是基本單位c在國際單位制中，質(zhì)量的基本單位是在國際單位制中，質(zhì)量的基本單位是kg，也可以是，也可以是gd只有在國際單位制中，牛頓第二定律的表達式才是只有在國際單位制中，牛頓第二定律的表達式才是fma解析：解析：在力學(xué)單位制中，在力學(xué)單位制中，kg、m、s為基本單位，為基本單位，m/s、j和和n均為均為導(dǎo)出單位，導(dǎo)出單位，a、b均不正確；均不正確；g不是國際單位的基本單位，不是國際單位的基本單位，c不正確；只不正確；只有在國際單位制中

10、，有在國際單位制中，fkma中的中的k才為才為“1”，牛頓第二定律的表達式才，牛頓第二定律的表達式才是是fma，故只有，故只有d正確正確答案：答案：d2. 2010年中國跳水明星系列賽合肥站比賽中，何沖在男子年中國跳水明星系列賽合肥站比賽中，何沖在男子3米跳板米跳板決賽中獲得第一名如右圖所示何沖正在完成高難度的空中動作，下列決賽中獲得第一名如右圖所示何沖正在完成高難度的空中動作，下列分析正確的是分析正確的是()a何沖正處于完全失重狀態(tài)何沖正處于完全失重狀態(tài)b何沖此時不受重力作用何沖此時不受重力作用c從裁判的角度，何沖不能被視為質(zhì)點從裁判的角度，何沖不能被視為質(zhì)點d從觀眾的角度，何沖可以被視為質(zhì)

11、點從觀眾的角度，何沖可以被視為質(zhì)點答案：答案：ac3. (2010浙江理綜浙江理綜)如圖所示，如圖所示，a、b兩物體疊放在一起，以相同的兩物體疊放在一起，以相同的初速度上拋初速度上拋(不計空氣阻力不計空氣阻力)下列說法正確的是下列說法正確的是()a在上升和下降過程中在上升和下降過程中a對對b的壓力一定為零的壓力一定為零b上升過程中上升過程中a對對b的壓力大于的壓力大于a物體受到的重力物體受到的重力c下降過程中下降過程中a對對b的壓力大于的壓力大于a物體受到的重力物體受到的重力d在上升和下降過程中在上升和下降過程中a對對b的壓力等于的壓力等于a物體受到的重力物體受到的重力解析：解析：對于對于a、

12、b整體只受重力作用，做豎直上拋運動，處于完整體只受重力作用，做豎直上拋運動，處于完全失重狀態(tài)，不論上升還是下降過程，全失重狀態(tài)，不論上升還是下降過程，a對對b均無壓力，只有均無壓力，只有a項正確項正確答案：答案：a4我國道路安全部門規(guī)定，在高速公路上行駛的汽車最大速度為我國道路安全部門規(guī)定，在高速公路上行駛的汽車最大速度為120 km/h，交通部門提供下列資料：，交通部門提供下列資料：資料一：駕駛員的反應(yīng)時間：資料一：駕駛員的反應(yīng)時間：0.30.6 s資料二：各種路面與輪胎之間的動摩擦因數(shù)資料二：各種路面與輪胎之間的動摩擦因數(shù)根據(jù)以上資料，通過計算判斷汽車行駛在高速公路上兩車間的安根據(jù)以上資料

13、，通過計算判斷汽車行駛在高速公路上兩車間的安全距離最接近全距離最接近()a100 mb200 mc300 m d400 m路面路面動摩擦因數(shù)動摩擦因數(shù)干瀝青干瀝青0.7干磁石干磁石0.60.7濕瀝青濕瀝青0.320.4解析：解析：當(dāng)駕駛員的反應(yīng)時間最長、路面的摩擦因數(shù)最小時對應(yīng)當(dāng)駕駛員的反應(yīng)時間最長、路面的摩擦因數(shù)最小時對應(yīng)的最長距離是安全距離的最長距離是安全距離v120 km/h33.3 m/s，反應(yīng)時間，反應(yīng)時間t0.6 s內(nèi)位內(nèi)位移移x1約為約為20 m；又；又mgma、a3.2 m/s2，x2v2/2a173 m；xx1x2193 m.答案：答案：b5.如圖所示，物體沿斜面由靜止滑下，

14、在水平面上滑行一段距離后如圖所示，物體沿斜面由靜止滑下，在水平面上滑行一段距離后停止，物體與斜面和水平面間的動摩擦因數(shù)相同，斜面與水平面平滑連停止，物體與斜面和水平面間的動摩擦因數(shù)相同，斜面與水平面平滑連接下圖中接下圖中v、a、ff和和x分別表示物體速度大小、加速度大小、摩擦力大分別表示物體速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程其中正確的是小和路程其中正確的是()解析：解析：物體在斜面上受重力、支持力、摩擦力作用，其摩擦力物體在斜面上受重力、支持力、摩擦力作用，其摩擦力大小為大小為ff1mgcos ，做初速度為零的勻加速直線運動，其，做初速度為零的勻加速直線運動，其vt圖象為圖象為過原點的傾斜

15、直線，過原點的傾斜直線，a錯，加速度大小不變，錯，加速度大小不變，b錯，其錯，其xt圖象應(yīng)為一段圖象應(yīng)為一段曲線，曲線，d錯；物體到達水平面后，所受摩擦力錯；物體到達水平面后，所受摩擦力ff2mgff1，做勻減速，做勻減速直線運動，所以正確選項為直線運動，所以正確選項為c.答案：答案：c6如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的固定光滑圓環(huán)軌道與水平面相切如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的固定光滑圓環(huán)軌道與水平面相切于于m點，與豎直墻壁相切于點，與豎直墻壁相切于a點，豎直墻壁上另一點點，豎直墻壁上另一點b與與m的連線和水平的連線和水平面的夾角為面的夾角為60，c是圓環(huán)軌道的圓心已知在同一時刻，是圓環(huán)軌道的圓心已知在

16、同一時刻，a、b兩球分兩球分別由別由a、b兩點從靜止開始沿光滑傾斜直軌道兩點從靜止開始沿光滑傾斜直軌道am、bm運動到運動到m點；點；c球球由由c點自由下落到點自由下落到m點則點則()aa球最先到達球最先到達m點點bb球最先到達球最先到達m點點cc球最先到達球最先到達m點點 db球和球和c球都可能最先到達球都可能最先到達m點點答案：答案：c一枚火箭由地面豎直向上發(fā)射，其速度和時間的關(guān)系圖線如圖所一枚火箭由地面豎直向上發(fā)射，其速度和時間的關(guān)系圖線如圖所示，則示，則()at3時刻火箭距地面最遠(yuǎn)時刻火箭距地面最遠(yuǎn)bt2t3的時間內(nèi)，火箭在向下降落的時間內(nèi)，火箭在向下降落ct1t2的時間內(nèi)，火箭處于失

17、重狀態(tài)的時間內(nèi)，火箭處于失重狀態(tài)d0t3的時間內(nèi)，火箭始終處于失重狀態(tài)的時間內(nèi)，火箭始終處于失重狀態(tài)解析：解析：由速度圖象可知，在由速度圖象可知，在0t3內(nèi)速度始終大于零，表明這段內(nèi)速度始終大于零，表明這段時間內(nèi)火箭一直在上升，時間內(nèi)火箭一直在上升，t3時刻速度為零，停止上升，高度達到最高，時刻速度為零，停止上升，高度達到最高，離地面最遠(yuǎn)，離地面最遠(yuǎn)，a正確，正確，b錯誤錯誤t1t2的時間內(nèi)，火箭在加速上升，具有的時間內(nèi)，火箭在加速上升，具有向上的加速度，火箭應(yīng)處于超重狀態(tài)，而在向上的加速度，火箭應(yīng)處于超重狀態(tài)，而在t2t3時間內(nèi)火箭在減速上升，時間內(nèi)火箭在減速上升，具有向下的加速度，火箭處于

18、失重狀態(tài)，故具有向下的加速度，火箭處于失重狀態(tài)，故c、d錯誤錯誤答案：答案：a11：(2011北京模擬北京模擬)幾位同學(xué)為了探究電梯啟動和制動時的加速幾位同學(xué)為了探究電梯啟動和制動時的加速度大小，他們將體重計放在電梯中一位同學(xué)站在體重計上，然后乘坐度大小，他們將體重計放在電梯中一位同學(xué)站在體重計上，然后乘坐電梯從電梯從1層直接到層直接到10層，之后又從層，之后又從10層直接回到層直接回到1層并用照相機進行了層并用照相機進行了相關(guān)記錄，如圖所示他們根據(jù)記錄，進行了以下推斷分析，其中正確相關(guān)記錄，如圖所示他們根據(jù)記錄，進行了以下推斷分析，其中正確的是的是()a根據(jù)圖根據(jù)圖2和圖和圖3可估測出電梯向

19、上起動時的加速度可估測出電梯向上起動時的加速度b根據(jù)圖根據(jù)圖1和圖和圖2可估測出電梯向上制動時的加速度可估測出電梯向上制動時的加速度c根據(jù)圖根據(jù)圖1和圖和圖5可估測出電梯向下制動時的加速度可估測出電梯向下制動時的加速度d根據(jù)圖根據(jù)圖4和圖和圖5可估測出電梯向下起動時的加速度可估測出電梯向下起動時的加速度解析：解析：由圖由圖1可知該同學(xué)的體重約為可知該同學(xué)的體重約為47 kg，根據(jù)圖，根據(jù)圖1、圖、圖2可估算可估算出電梯向上啟動時的加速度，根據(jù)圖出電梯向上啟動時的加速度，根據(jù)圖1、圖、圖5可估算出電梯向下制動時的可估算出電梯向下制動時的加速度，而根據(jù)圖加速度，而根據(jù)圖2與圖與圖3和圖和圖4與圖與

20、圖5無法估算加速度無法估算加速度答案：答案：c(20分分)如圖如圖1所示，質(zhì)量為所示，質(zhì)量為m的物塊疊放在質(zhì)量為的物塊疊放在質(zhì)量為2m的足夠長的木的足夠長的木板上方右側(cè)，木板放在光滑的水平地面上，物塊與木板之間的動摩擦因板上方右側(cè)，木板放在光滑的水平地面上，物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為數(shù)為0.2.在木板上施加一水平向右的拉力在木板上施加一水平向右的拉力f，在，在03 s內(nèi)內(nèi)f的變化如圖的變化如圖2所示，圖中所示，圖中f以以mg為單位，重力加速度為單位，重力加速度g10 m/s2.整個系統(tǒng)開始時靜整個系統(tǒng)開始時靜止止(1)求求1 s、1.5 s、2 s、3 s末木板的速度以及末木板的速度以及2

21、s、3 s末物塊的速度；末物塊的速度；(2)在同一坐標(biāo)系中畫出在同一坐標(biāo)系中畫出03 s內(nèi)木板和物塊的內(nèi)木板和物塊的vt圖象，據(jù)此求圖象，據(jù)此求03 s內(nèi)物塊相對于木板滑過的距離內(nèi)物塊相對于木板滑過的距離【規(guī)范解答】【規(guī)范解答】解：解：(1)設(shè)木板和物塊的加速度分別為設(shè)木板和物塊的加速度分別為a和和a，在，在t時時刻木板和物塊的速度分別為刻木板和物塊的速度分別為vt和和vt，木板和物塊之間摩擦力的大小為，木板和物塊之間摩擦力的大小為ff.依牛頓第二定律，運動學(xué)公式得依牛頓第二定律，運動學(xué)公式得ffma(1分分)ffmg(1分分)當(dāng)當(dāng)vtf2f3f4cf1f2f4f3 df1f3f2v1時，物體

22、先做勻減速運動，然后隨傳送帶時，物體先做勻減速運動，然后隨傳送帶一起以一起以v1做勻速運動做勻速運動(3)當(dāng)當(dāng)v1和和v2同向且同向且v1v2時，物體先做勻加速運動，然后隨傳送帶時，物體先做勻加速運動，然后隨傳送帶一起以一起以v1做勻速運動做勻速運動二、傾斜放置的傳送帶二、傾斜放置的傳送帶如圖所示，傳送帶與地面傾角如圖所示，傳送帶與地面傾角37，從，從ab長度為長度為16 m，傳送，傳送帶以帶以10 m/s的速率逆時針轉(zhuǎn)動在傳送帶上端的速率逆時針轉(zhuǎn)動在傳送帶上端a無初速度地放一個質(zhì)量為無初速度地放一個質(zhì)量為0.5 kg的物體，它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為的物體，它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為0.5.求物體從求物體從a運動到運動到b所所需時間是多少？需時間是多少？(sin 370.6，cos 370.8)【思