微專(zhuān)題18應(yīng)用牛頓第二定律分析超重與失重問(wèn)題

微題型18應(yīng)用牛頓第二定律分析超重與失重問(wèn)題訓(xùn)練目標(biāo)1.理解超重和失重的概念.2.知道在什么情況下產(chǎn)生超重和失重現(xiàn)象，能利用牛頓第二定律解決超重、失重問(wèn)題．題組一對(duì)超重、失重概念的理解1．蹦極是一種極限體育工程，可以鍛煉人的膽量和意志．運(yùn)發(fā)動(dòng)從高處跳下，在彈性繩被拉伸前做自由落體運(yùn)動(dòng)，彈性繩被拉伸后在彈性繩的緩沖作用下，運(yùn)發(fā)動(dòng)下落一定高度后速度減為零．在下降的全過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．彈性繩拉伸前運(yùn)發(fā)動(dòng)處于失重狀態(tài)，彈性繩拉伸后運(yùn)發(fā)動(dòng)處于超重狀態(tài)B．彈性繩拉伸后，運(yùn)發(fā)動(dòng)先處于失重狀態(tài)，后處于超重狀態(tài)C．彈性繩拉伸后，運(yùn)發(fā)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的加速度先增大后減小D．彈性繩拉伸后，運(yùn)發(fā)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的加速度先減小后增大2．(2023·北京·18)應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入．例如平伸手掌托起物體，由靜止開(kāi)始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出．對(duì)此現(xiàn)象分析正確的選項(xiàng)是()A．手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于超重狀態(tài)B．手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于失重狀態(tài)C．在物體離開(kāi)手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度D．在物體離開(kāi)手的瞬間，手的加速度大于重力加速度3.“蹦極〞是一項(xiàng)刺激的極限運(yùn)動(dòng)，運(yùn)發(fā)動(dòng)將一端固定的長(zhǎng)彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)處，從幾十米高處跳下．在某次蹦極中，彈性繩彈力F的大小隨時(shí)間t的變化圖象如圖1所示，其中t2、t4時(shí)刻圖線(xiàn)的斜率最大．將蹦極過(guò)程近似視為在豎直方向的運(yùn)動(dòng)，彈性繩中彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系遵循胡克定律，空氣阻力不計(jì)．以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()圖1A．t1～t2時(shí)間內(nèi)運(yùn)發(fā)動(dòng)處于超重狀態(tài)B．t2～t4時(shí)間內(nèi)運(yùn)發(fā)動(dòng)處于超重狀態(tài)C．t3時(shí)刻運(yùn)發(fā)動(dòng)的加速度為零D．t4時(shí)刻運(yùn)發(fā)動(dòng)具有向下的最大速度4．(2023·浙江省效實(shí)中學(xué)摸底)如圖2所示，一質(zhì)量為M的楔形木塊放在水平桌面上，它的頂角為90°，兩底角分別為α和β.A、B為兩個(gè)位于斜面上質(zhì)量均為m的小木塊．所有接觸面都是光滑的．現(xiàn)使A、B同時(shí)沿斜面下滑，那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()圖2A．楔形木塊靜止不動(dòng) B．楔形木塊向左運(yùn)動(dòng)C．A木塊處于失重狀態(tài) D．B木塊處于超重狀態(tài)題組二超重、失重現(xiàn)象的分析計(jì)算5.神舟飛船返回時(shí)，3噸重的返回艙下降到距地面10km時(shí)，下降速度為200m/s.再減速就靠降落傘了，如圖3所示，返回艙先是拉出減速傘，16s后返回艙的速度減至80m/s，此時(shí)減速傘與返回艙別離．然后拉出主傘，主傘張開(kāi)后使返回艙的下降速度減至10m/s，此時(shí)飛船距地面高度為1m，接著艙內(nèi)4臺(tái)緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火，給飛船一個(gè)向上的反沖力，使飛船的落地速度減為零．將上述各過(guò)程視為勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，g＝10m/s2.根據(jù)以上材料可得()圖3A．減速傘工作期間返回艙處于失重狀態(tài)B．主傘工作期間返回艙處于失重狀態(tài)C．減速傘工作期間返回艙的加速度大小為7.5m/s2D．每臺(tái)緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)的反沖推力約為返回艙重力的1.5倍6．如圖4所示，將質(zhì)量為m＝0.1kg的物體用兩個(gè)完全一樣的豎直彈簧固定在升降機(jī)內(nèi)，當(dāng)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，上面彈簧對(duì)物體的拉力為0.4N；當(dāng)升降機(jī)和物體都以8m/s2的加速度向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，g取10m/s2，那么上面彈簧的拉力為()圖4A．0.6NB．0.8NC．1.0ND．1.2N7．如圖5所示，動(dòng)物園的水平地面上放著一個(gè)質(zhì)量為M的籠子，籠內(nèi)有一只質(zhì)量為m的猴子，當(dāng)猴以某一加速度a沿豎直柱子加速向上爬時(shí)，籠子對(duì)地面的壓力為F1；當(dāng)猴以同樣大小的加速度沿豎直柱子加速下滑時(shí)，籠子對(duì)地面的壓力為F2，關(guān)于F1和F2的大小，以下判斷正確的選項(xiàng)是()圖5A．F1＝F2B．F1>(M＋m)g，F(xiàn)2<(M＋m)gC．F1＋F2＝2(M＋m)gD．F1－F2＝2(M＋m)g8．(2023·武漢局部學(xué)校調(diào)研)如圖6所示，一細(xì)繩跨過(guò)裝在天花板上的滑輪，細(xì)繩的一端懸掛一質(zhì)量為M的物體，另一端懸掛一載人的梯子，人的質(zhì)量為m，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)．不計(jì)摩擦及滑輪與細(xì)繩的質(zhì)量，要使天花板受力為零，人應(yīng)如何運(yùn)動(dòng)？圖6答案1．BD[彈性繩拉伸前運(yùn)發(fā)動(dòng)做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)．彈性繩拉伸后的初始階段，重力仍大于繩上的拉力，合力仍向下，但逐漸減小，運(yùn)發(fā)動(dòng)還是處于失重狀態(tài)；當(dāng)繩上拉力大于重力后，合力逐漸增大，方向豎直向上，這時(shí)運(yùn)發(fā)動(dòng)處于超重狀態(tài)．綜上可知，選項(xiàng)B、D正確．]2．D[手托物體拋出的過(guò)程，必有一段加速過(guò)程，其后可以減速，可以勻速，當(dāng)手和物體勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體既不超重也不失重；當(dāng)手和物體減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；物體從靜止到運(yùn)動(dòng)，必有一段加速過(guò)程，此過(guò)程物體處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)物體離開(kāi)手的瞬間，物體只受重力，此時(shí)物體的加速度等于重力加速度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；手和物體別離之前速度相同，別離之后手速度的變化量比物體速度的變化量大，物體離開(kāi)手的瞬間，手的加速度大于重力加速度，所以選項(xiàng)D正確．]3．B[因?yàn)閠2、t4時(shí)刻圖線(xiàn)的斜率最大，所以此時(shí)速度最大，即此時(shí)彈力與重力相等，所以t1～t2時(shí)間內(nèi)運(yùn)發(fā)動(dòng)有向下的加速度，處于失重狀態(tài)，A錯(cuò)；t2～t4時(shí)間內(nèi)運(yùn)發(fā)動(dòng)有向上的加速度，處于超重狀態(tài)，B正確；t3時(shí)刻運(yùn)發(fā)動(dòng)有向上的加速度，所以C錯(cuò)；t4時(shí)刻運(yùn)發(fā)動(dòng)具有向上的最大速度，所以D錯(cuò)．]4．AC[A對(duì)M的壓力mgcosα，水平方向分力為mgcosαcosβ；B對(duì)M的壓力mgcosβ，水平方向分力為mgcosαcosβ，所以楔形木塊靜止不動(dòng)，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤．A、B同時(shí)沿斜面加速下滑，二者都處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．]5．CD[減速傘和主傘工作期間返回艙均減速下降，處于超重狀態(tài)，A、B項(xiàng)錯(cuò)；減速傘工作期間，返回艙從200m/s減速至80m/s，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得a1＝eq\f(v1－v2,t1)＝7.5m/s2，C項(xiàng)正確；緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)動(dòng)后，加速度大小為a3＝eq\f(v\o\al(2,3),2h3)＝50m/s2，由牛頓第二定律得4F－mg＝ma3，解得eq\f(F,mg)＝1.5，D項(xiàng)正確．]6．A[當(dāng)a1＝4m/s2時(shí)，設(shè)上面彈簧對(duì)物體的拉力為F1＝0.4N，下面的彈簧對(duì)物體施加豎直向上的作用力，其大小為F2，對(duì)物體受力分析并根據(jù)牛頓第二定律可得F1＋F2－mg＝ma，代入數(shù)據(jù)可得F2＝1N，可見(jiàn)，上面的彈簧處于拉伸狀態(tài)，而下面的彈簧處于壓縮狀態(tài)；當(dāng)a2＝8m/s2時(shí)，設(shè)上、下兩彈簧對(duì)物體的彈力大小分別為F1′和F2′，同理可得，F(xiàn)1′＋F2′＝1.8N；因?yàn)閮蓚€(gè)彈簧完全一樣且它們的總長(zhǎng)度一定，所以當(dāng)加速度增大時(shí)，兩個(gè)彈簧的彈力增加值相同，所以F1′＝F1＋0.2N＝0.6N，選項(xiàng)A正確．]7．BC[把猴和籠子看做整體，當(dāng)猴以某一加速度沿豎直柱子加速向上爬時(shí)，整體處于超重狀態(tài)，F(xiàn)1>(M＋m)g，當(dāng)猴以同樣大小的加速度沿豎直柱子加速下滑時(shí)，整體處于失重狀態(tài)，F(xiàn)2<(M＋m)g，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；當(dāng)猴以某一加速度a沿豎直柱子加速向上爬時(shí)，由牛頓第二定律得，F(xiàn)1－(M＋m)g＝ma；當(dāng)猴以同樣大小的加速度沿豎直柱子加速下滑時(shí)，由牛頓第二定律得，(M＋m)g－F2＝ma，聯(lián)立解得F1＋F2＝2(M＋m)g，F(xiàn)1－F2＝2ma，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．]8．以eq\f(2M－m,m)g的加速度向下加速運(yùn)動(dòng)解析要使天花板受力為零，須使細(xì)繩中的拉力為零，物體M應(yīng)做自由落體運(yùn)動(dòng)，故梯子應(yīng)以加速度g向上勻加速運(yùn)動(dòng)．人對(duì)梯子的作