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專題6牛頓第二定律的應(yīng)用(1)兩類基本問題與超重失重考點(diǎn)精要1.會用牛頓定律解決兩類問題.2.知道超重和失重現(xiàn)象,能用超重和失重的觀點(diǎn)分析問題.熱點(diǎn)分析牛頓定律的應(yīng)用是力學(xué)部分的重點(diǎn),也是高考的熱點(diǎn),這是由于它在經(jīng)典力學(xué)中的地位、以及考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力的目的所決定的.今后高考,對本考點(diǎn)的單獨(dú)考查和隱性綜合考查并舉,題型仍會豐富.知識梳理一、牛頓運(yùn)動定律解決的兩類基本問題1.已知力求運(yùn)動:知道物體受到的全部作用力,應(yīng)用牛頓第二定律求加速度,如果再知道物體的初始運(yùn)動狀態(tài),應(yīng)用運(yùn)動學(xué)公式就可以求出物體的運(yùn)動情況——任意時(shí)刻的位置和速度,以及運(yùn)動軌跡.2.已知運(yùn)動求力:知道物體的運(yùn)動情況,應(yīng)用運(yùn)動學(xué)公式求出物體的加速度,再應(yīng)用牛頓第二定律,推斷或者求出物體的受力情況.注意:物體運(yùn)動的性質(zhì)、軌跡的形狀是由物體所受的合外力及初速度共同決定:如v0=0,F(xiàn)合=0,則靜止;v0≠0,F(xiàn)合=0,則物體做勻速直線運(yùn)動;若v0=0,F(xiàn)合≠0或v0≠0,F(xiàn)合≠0并與v0共線,則做變速直線運(yùn)動,若F合又是恒力,則做勻變速直線運(yùn)動.二、超重失重(完全失重)1.含義:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γㄒ步幸曋兀┐笥谖矬w的重力,叫超重;物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w的重力,叫失重;物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔谖矬w的重力,叫完全失重.2.產(chǎn)生條件:物體具有豎直向上的加速度—超重,物體具有豎直向下的加速度—失重.物體的加速度為g—完全失重.3.理解:①物體處于超重或失重狀態(tài),物體的重力始終存在,大小也沒有變化.②發(fā)生超重或失重現(xiàn)象與物體的速度無關(guān),只決定于加速度的方向.③在完全失重的狀態(tài)下,平常一切由于重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都完全消失,如單擺停擺、天平失效、浸在水中的物體不受浮力、液體柱不再產(chǎn)生向下的壓強(qiáng).三、動力學(xué)問題的一般解題步驟1.選取研究對象所選的研究對象可以是一個(gè)物體,也可以是多個(gè)物體組成的系統(tǒng).同一題目,根據(jù)需要也可以先后選取不同的研究對象.2.分析研究對象的受力情況和運(yùn)動情況3.根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式列方程由于所用的公式均為矢量,所以在列方程過程中,要特別注意各量的方向.一般情況下均以加速度的方向?yàn)檎较?,分別用正負(fù)號表示式中各量的方向,將矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算.4.代入已知量求解高考真題再現(xiàn)FNmgfa1.(09·安徽·17)為了節(jié)省能量,某商場安裝了智能化的電動扶梯.無人乘行時(shí),扶梯運(yùn)轉(zhuǎn)得很慢;有人站上扶梯時(shí),它會先慢慢加速,再勻速運(yùn)轉(zhuǎn).一顧客乘扶梯上樓,恰好經(jīng)歷了這FNmgfaA.顧客始終受到三個(gè)力的作用B.顧客始終處于超重狀態(tài)C.顧客對扶梯作用力的方向先指向左下方,再豎直向下D.顧客對扶梯作用的方向先指向右下方,再豎直向下2.(2010海南卷)如右圖,木箱內(nèi)有一豎直放置的彈簧,彈簧上方有一物塊:木箱靜止時(shí)彈自由落體處于壓縮狀態(tài)且物塊壓在箱頂上.若在某一段時(shí)間內(nèi),物塊對箱頂剛好無壓力,則在此段時(shí)間內(nèi),木箱的運(yùn)動狀態(tài)可能為A.加速下降B.加速上升C.減速上升D.減速下降3.(2010海南卷)在水平的足夠長的固定木板上,一小物塊以某一初速度開始滑動,經(jīng)一段時(shí)間t后停止.現(xiàn)將該木板改置成傾角為45°的斜面,讓小物塊以相同的初速度沿木板上滑.若小物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為.則小物塊上滑到最高位置所需時(shí)間與t之比為A. B. C. D.4.(09年江蘇卷)航模興趣小組設(shè)計(jì)出一架遙控飛行器,其質(zhì)量m=2㎏,動力系統(tǒng)提供的恒定升力F=28N。試飛時(shí),飛行器從地面由靜止開始豎直上升。設(shè)飛行器飛行時(shí)所受的阻力大小不變,g取10m/s2。(1)第一次試飛,飛行器飛行t1=8s時(shí)到達(dá)高度H=64m。求飛行器所阻力f的大小;(2)第二次試飛,飛行器飛行t2=6s時(shí)遙控器出現(xiàn)故障,飛行器立即失去升力。求飛行器能達(dá)到的最大高度h;(3)為了使飛行器不致墜落到地面,求飛行器從開始下落到恢復(fù)升力的最長時(shí)間t3。5.(09·海南物理·15)一卡車拖掛一相同質(zhì)量的車廂,在水平直道上以的速度勻速行駛,其所受阻力可視為與車重成正比,與速度無關(guān).某時(shí)刻,車廂脫落,并以大小為的加速度減速滑行.在車廂脫落后,司機(jī)才發(fā)覺并緊急剎車,剎車時(shí)阻力為正常行駛時(shí)的3倍.假設(shè)剎車前牽引力不變,求卡車和車廂都停下后兩者之間的距離.6.(09·上海物理·22)如圖左邊,質(zhì)量m=1kg的物體沿傾角=37的固定粗糙斜面由靜止開始向下運(yùn)動,風(fēng)對物體的作用力沿水平方向向右,其大小與風(fēng)速v成正比,比例系數(shù)用k表示,物體加速度a與風(fēng)速v的關(guān)系如圖右邊.所示.求:(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù);(2)比例系數(shù)k.(sin370=0.6,cos370=0.8,g=10m/s2)7.(2010上海物理)傾角,質(zhì)量M=5kg的粗糙斜面位于水平地面上,質(zhì)量m=2kg的木塊置于斜面頂端,從靜止開始勻加速下滑,經(jīng)t=2s到達(dá)底端,運(yùn)動路程L=4m,在此過程中斜面保持靜止(),求:(1)地面對斜面的摩擦力大小與方向;(2)地面對斜面的支持力大?。?)通過計(jì)算證明木塊在此過程中滿足動能定理。8.(2011四川).如圖是“神舟”系列航天飛船返回艙返回地面的示意圖,假定其過程可簡化為:打開降落傘一段時(shí)間后,整個(gè)裝置勻速下降,為確保安全著陸,需點(diǎn)燃返回艙的緩沖火箭,在火箭噴氣過程中返回艙做減速直線運(yùn)動,則()A.火箭開始噴氣瞬間傘繩對返回艙的拉力變小B.返回艙在噴氣過程中減速的主要原因是空氣阻力C返回艙在噴氣過程中所受合外力可能做正功D.返回艙在噴氣過程中處于失重狀態(tài)9.(2011北京).“蹦極”就是跳躍者把一端固定的長彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)等處,從幾十米高處跳下的一種極限運(yùn)動。某人做蹦極運(yùn)動,所受繩子拉力F的大小隨時(shí)間t變化的情況如圖所示。將蹦極過程近似為在豎直方向的運(yùn)動,重力加速度為g。據(jù)圖可知,此人在蹦極過程中最大加速度約為()A.GB.2gC.3gD.4g基礎(chǔ)訓(xùn)練11.把木箱放在電梯地板上,則地板所受壓力比木箱重力大的是() A.電梯以的加速度勻加速上升 B.電梯以的加速度勻減速上升 C.電梯以的加速度勻減速下降 D.電梯以的速度勻速上升2.小孩站在秋千板上做蕩秋千的游戲,當(dāng)秋千擺到最低點(diǎn)時(shí),秋千板對小孩的支持力為F,小孩受到的重力為G。則下列判斷中正確的是()A.F與G的合力方向豎直向下,小孩處于超重狀態(tài)B.F與G的合力方向豎直向下,小孩處于失重狀態(tài)C.F與G的合力方向豎直向上,小孩處于超重狀態(tài)D.F與G的合力方向豎直向上,小孩處于失重狀態(tài)3.下列關(guān)于超重、失重現(xiàn)象的描述中,正確的是()列車在水平軌道上加速行駛,車上的人處于超重狀態(tài)當(dāng)秋千擺到最低位置時(shí),蕩秋千的人處于超重狀態(tài)C.蹦床運(yùn)動員在空中上升時(shí)處于失重狀態(tài),下落時(shí)處于超重狀態(tài)D.神州五號飛船進(jìn)入軌道做圓周運(yùn)動時(shí),宇航員楊利偉處于失重狀態(tài)4.下列哪個(gè)說法是正確的() A.體操運(yùn)動員雙手握住單杠吊在空中不動時(shí)處于失重狀態(tài) B.蹦床運(yùn)動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)動員在舉起杠鈴后不動的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài) D.游泳運(yùn)動員仰臥在水面靜止不動時(shí)處于失重狀態(tài)5.如圖所示,一個(gè)盛水的容器底部有一個(gè)小孔.靜止時(shí)用手指堵住小孔不讓它漏水,假設(shè)容器在下述幾種運(yùn)動過程中始終保持平動,且忽略空氣阻力,則() A.容器自由下落時(shí),小孔向下漏水 B.將容器豎直向上拋出后,容器向上運(yùn)動時(shí),小孔向下漏水,容器向下運(yùn)動時(shí),小孔不向下漏水 C.將容器水平拋出后,容器在運(yùn)動中小孔向下漏水 D.將容器斜向上拋出后,容器在運(yùn)動中小孔不向下漏水6.某人在地面上最多能舉起60kg的重物,當(dāng)此人站在以5m/s2的加速度加速上升的升降機(jī)中,最多能舉起多少千克的重物?(g取10m/s2)7.靜止在水平地面上的物體的質(zhì)量為2kg,在水平恒力F推動下開始運(yùn)動,4s末它的速度達(dá)到4m/s,此時(shí)將F撤去,又經(jīng)6s物體停下來,如果物體與地面的動摩擦因數(shù)不變,求F的大?。?.一種能獲得強(qiáng)烈失重、超重感覺的巨型娛樂設(shè)施中,用電梯把乘有10多人的座艙送到大約二十幾層樓高的高處,然后讓座艙自由落下,落到一定位置時(shí),制動系統(tǒng)開始啟動,座艙勻減速運(yùn)動到地面時(shí)剛好停下.已知座艙開始下落時(shí)的高度為76m,當(dāng)落到離地面28m時(shí)開始制動.若某人手托著質(zhì)量為5kg的鉛球進(jìn)行這個(gè)游戲,問:(1)當(dāng)座艙落到離地高度40m左右的位置時(shí),托著鉛球的手感覺如何?(2)當(dāng)座艙落到離地高度15m左右的位置時(shí),手要用多大的力才能托住鉛球?(g取10m/s2)基礎(chǔ)訓(xùn)練21.質(zhì)量為m的小物塊放在傾角為α的斜面上處于靜止,如圖所 示。若整個(gè)裝置可以沿水平方向或豎直方向平行移動,且小 物塊與斜面體總保持相對靜止。下列的哪種運(yùn)動方式可以使物 塊對斜面的壓力和摩擦力都一定減少() A.沿豎直方向向上加速運(yùn)動 B.沿豎直方向向上減速運(yùn)動 C.沿水平方向向右加速運(yùn)動 D.沿水平方向向右減速運(yùn)動2.機(jī)車牽引力一定,在平直軌道上以a1=1m/s2的加速度行駛,因若干節(jié)車廂脫鉤,加速度變?yōu)閍2=2m/s2,設(shè)所受阻力為車重的0.1倍,則脫落車廂的質(zhì)量與原機(jī)車總質(zhì)量之比等于_______.3.如甲圖所示,一根輕彈簧豎直直立在水平地面上,下端固定,在彈簧的正上方有一物塊,物塊從彈簧的自由長度時(shí)的上端O處無初速釋放,將彈簧壓縮x0時(shí),物塊的速度變?yōu)榱?,在如乙圖所示的圖象中,能正確反映物塊加速度a的大小隨下降的位x變化的圖象是B4.汽車在平直公路上從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動.當(dāng)汽車的速度達(dá)到v1時(shí)關(guān)閉發(fā)動機(jī),汽車維持滑行一段時(shí)間后停止,其運(yùn)動的速度圖線如圖所示.若汽車加速行駛時(shí)牽引力為F1,汽車整個(gè)運(yùn)動過程所受阻力恒為F2(大小不變),則F1∶F2為()A.4∶1 B.3∶1 C.1∶1 D.1∶4mα5、如圖所示,質(zhì)量為m的物體放在傾角為α的光滑斜面上,隨斜面體一起沿水平方向運(yùn)動,要使物體相對于斜面保持靜止,斜面體的運(yùn)動情況以及物體對斜面壓力FmαA、斜面體以某一加速度向右加速運(yùn)動,F(xiàn)小于mgB、斜面體以某一加速度向右加速運(yùn)動,F(xiàn)不小于mgC、斜面體以某一加速度向左加速運(yùn)動,F(xiàn)大于mgD、斜面體以某一加速度向左加速運(yùn)動,F(xiàn)不大于mgabFABAB6.如圖a所示,水平面上質(zhì)量相等的兩木塊A、B用一輕彈簧相連接,整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)?,F(xiàn)用一豎直向上的力F拉動木塊A,使木塊A向上做勻加速直線運(yùn)動,如圖b所示。研究從力F剛作用在木塊A的瞬間到木塊B剛離開地面的瞬間這個(gè)過程,并且選定這個(gè)過程中木塊A的起始位置為坐標(biāo)原點(diǎn),則下列圖象中可以表示力abFABABxxF0Fx0Fx0Fx0ABCD能力提升1.如圖所示,一個(gè)人用與水平方向成=300角的斜向下的推力F推一個(gè)質(zhì)量為20kg的箱子勻速前進(jìn),如圖左邊所示,箱子與水平地面間的動摩擦因數(shù)為=0.40.求:(1)推力F的大??;(2)若該人不改變力F的大小,只把力的方向變?yōu)榕c水平方向成300角斜向上去拉這個(gè)靜止的箱子,如圖右邊所示,拉力作用2.0s后撤去,箱子最多還能運(yùn)動多長距離?(g取10m/s2).2.風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中可產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)節(jié)的風(fēng)力.現(xiàn)將一套有小球的細(xì)直桿放入風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室,小球孔徑略大于細(xì)桿直徑,如圖所示.(1)當(dāng)桿在水平方向上固定時(shí),調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小,使小球在桿上做勻速運(yùn)動,這時(shí)小球所受風(fēng)力為小球所受重力的倍,求小球與桿間的動摩擦因數(shù).(2)保持小球所受風(fēng)力不變,使桿與水平方向間夾角為并固定,則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離所需時(shí)間為多少?(,)3.如圖,AB是高h(yuǎn)1=0.6m、傾角θ=37°的斜面,放置在水平桌面上,斜面下端是與桌面相切的一小段圓弧,且緊靠桌子邊緣。桌面距地面的高度h2=1.8m。一個(gè)質(zhì)量m=1.0kg的小滑塊從斜面頂端A由靜止開始沿軌道下滑,運(yùn)動到斜面底端B時(shí)沿水平方向離開斜面,落到水平地面上的C點(diǎn)?;瑝K與CAh1h2Bθ斜面間的動摩擦因數(shù)CAh1h2Bθsin37°=0.6,cos37°=0.8。求:小滑塊經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度大小;小滑塊落地點(diǎn)C距桌面的水平距離;小滑塊落地時(shí)的速度大小。4.一小滑塊靜止在傾角為37°的固定斜面的底端,當(dāng)滑塊受到外力沖擊后,瞬間獲得一個(gè)沿斜面向上的速度v0=4.0m/s。已知斜面足夠長,滑塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)μ=0.25,sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2。求:(1)滑塊沿斜面上滑過程的加速度大小。(2)滑塊沿斜面上滑的最大距離。(3)滑塊返回斜面底端時(shí)速度的大小。5.如圖所示,傳輸帶與水平面間的傾角為θ=37°,皮帶以10m/s的速率運(yùn)行,在傳輸帶上端A處無初速地放上質(zhì)量為0.5kg的物體,它與傳輸帶間的動摩擦因數(shù)為0.5.若傳輸帶A到B的長度為16m,則物體從A運(yùn)動到B的時(shí)間為多少?6.水平傳送帶被
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