教科版高中物理必修第一冊(cè)第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律7超重與失重課件

1.視重:物體在豎直方向做加速運(yùn)動(dòng)時(shí),物體對(duì)懸掛物的拉力(彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)T)或?qū)χС?/p>

物的壓力(N),通常我們稱它(T或N)為視重。2.實(shí)重:重力是由于地球作用于物體而產(chǎn)生的,始終存在,大小也不會(huì)受運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的影響,

我們通常稱它為實(shí)重。3.超重現(xiàn)象(1)定義:物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件:物體具有向上的加速度。7

超重與失重知識(shí)點(diǎn)1超重與失重現(xiàn)象必備知識(shí)清單破4.失重現(xiàn)象(1)定義:物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件:物體具有向下的加速度。5.完全失重(1)定義:物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲毫?等于零的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件:加速度a=g,方向豎直向下。物體處于超重還是失重狀態(tài),只取決于加速度的方向,與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。知識(shí)點(diǎn)2超重和失重現(xiàn)象的分析狀態(tài)

視重F與重力mg的關(guān)系運(yùn)動(dòng)情況舉例受力示意圖平衡a=0F=mg靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)

超重向上F=m(g+a)>mg向上加速或向下減速

失重向下F=m(g-a)<mg(a<g)向下加速或向上減速

完全失重a=g,方向向下F=0自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)

知識(shí)辨析1.我們測(cè)量體重時(shí),站在臺(tái)秤上應(yīng)保持什么狀態(tài)?

應(yīng)保持靜止?fàn)顟B(tài)。2.物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)就處于超重狀態(tài),向下運(yùn)動(dòng)時(shí)就處于失重狀態(tài),你認(rèn)為這種說(shuō)法對(duì)嗎?

不對(duì)。超重、失重的條件不是速度的方向向上或向下,而是加速度的方向向上或向下。加

速度向上時(shí),物體可能向上加速運(yùn)動(dòng),也可能向下減速運(yùn)動(dòng)。加速度向下時(shí),物體可能向下加

速運(yùn)動(dòng),也可能向上減速運(yùn)動(dòng)。所以判斷超重、失重現(xiàn)象要看加速度的方向,加速度向上時(shí)

超重,加速度向下時(shí)失重。3.在乘豎直升降電梯上樓時(shí),電梯啟動(dòng)瞬間加速度方向如何?人處于超重還是失重狀態(tài)?

加速度豎直向上,人處于超重狀態(tài)。提示提示提示4.在乘豎直升降電梯上樓時(shí),電梯將要到達(dá)目的地減速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度方向如何?人處于超重

還是失重狀態(tài)?

加速度豎直向下,人處于失重狀態(tài)。5.在乘豎直升降電梯下樓時(shí),電梯啟動(dòng)的瞬間以及到達(dá)樓梯底前減速運(yùn)動(dòng)時(shí),人處于超重還是

失重狀態(tài)?

向下啟動(dòng)瞬間,加速度向下,人處于失重狀態(tài);向下減速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度向上,人處于超重狀態(tài)。提示提示1.超重現(xiàn)象的定量分析人站在具有向上的加速度a(向上加速或向下減速)的電梯里的體重計(jì)上,以人為研究對(duì)

象:由牛頓第二定律有F合=F-mg=ma則體重計(jì)對(duì)人的支持力F=mg+ma故人對(duì)體重計(jì)的壓力大小F'=F=mg+ma因此體重計(jì)的示數(shù)為F'=mg+ma>mg關(guān)鍵能力定點(diǎn)破定點(diǎn)

超重、失重現(xiàn)象的應(yīng)用2.失重現(xiàn)象的定量分析人站在具有向下的加速度a(向下加速或向上減速)的電梯里的體重計(jì)上,以人為研究對(duì)

象:由牛頓第二定律有F合=mg-F=ma則體重計(jì)對(duì)人的支持力F=mg-ma故人對(duì)體重計(jì)的壓力大小為F'=F=mg-ma因此體重計(jì)的示數(shù)為F'=mg-ma<mg3.完全失重當(dāng)物體具有向下的加速度且加速度a=g時(shí),則F'=mg-mg=0。典例某人在以a1=0.5m/s2的加速度勻加速下降【1】的升降機(jī)中最多可舉起m1=90kg的物體,則

此人在地面上最多可舉起多少千克的物體?若此人在勻加速上升【2】的升降機(jī)中最多能舉起

m2=40kg的物體,求此升降機(jī)上升的加速度a2的大小。(重力加速度g取10m/s2)信息提取

【1】升降機(jī)處于失重狀態(tài),物體對(duì)人的壓力(大小等于人對(duì)物體的“舉力”)小

于物體所受重力。【2】升降機(jī)處于超重狀態(tài),物體對(duì)人的壓力(大小等于人對(duì)物體的“舉力”)大于物體所受

重力。思路點(diǎn)撥

(1)設(shè)此人的最大“舉力”為F,在不同環(huán)境中這個(gè)最大“舉力”是恒定不

變的【3】,即他在以不同的加速度運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)中最大的“舉力”均為F。(2)以物體為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),可求出人的最大“舉力”,從而推

知在地面上最多可舉起物體的質(zhì)量。通過(guò)最大“舉力”,結(jié)合牛頓第二定律可求出物體的加

速度,即升降機(jī)的加速度。解析

以物體為研究對(duì)象,對(duì)物體進(jìn)行受力分析及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析,如圖甲所示,設(shè)人的最大

“舉力”為F,由牛頓第二定律得m1g-F=m1a1(由【1】得到)所以F=m1(g-a1)=855N當(dāng)他在地面上舉物體時(shí),設(shè)最多可舉起質(zhì)量為m0的物體,則有m0g-F=0(由【3】得到)所以m0=85.5kg

若此人在勻加速上升的升降機(jī)中最多能舉起m2=40kg的物體,對(duì)物體進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)情

況分析,如圖乙所示。由牛頓第二定律得F-m2g=m2a2(由【2】得到)所以a2=

=11.375m/s2即升降機(jī)加速上升的加速度的大小為11.375m/s2

答案

85.5kg

11.375m/s2

講解分析1.常見的兩類問(wèn)題(1)已知物體在某一過(guò)程中所受的合力(或某個(gè)力)隨時(shí)間變化的圖線,分析物體的運(yùn)動(dòng)情況。(2)已知物體在某一過(guò)程中速度、加速度隨時(shí)間變化的圖線,分析物體的受力情況。2.解決圖像綜合問(wèn)題的關(guān)鍵(1)把圖像與具體的題意、情境結(jié)合起來(lái),明確圖像的物理意義,明確圖像所反映的物理過(guò)

程。(2)特別要注意圖像中的一些特殊點(diǎn),如圖線與橫、縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn),圖線的轉(zhuǎn)折點(diǎn),兩圖線的

交點(diǎn)等所表示的物理意義。學(xué)科素養(yǎng)

題型破題型1動(dòng)力學(xué)中的圖像問(wèn)題例題為了探究物體與固定斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù),某同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):取一質(zhì)量為m的物

體,使其在沿斜面方向的推力作用下向上運(yùn)動(dòng)【1】,如圖甲所示,通過(guò)力傳感器得到推力隨時(shí)間

變化的規(guī)律如圖乙所示【2】,通過(guò)頻閃照相處理后得出物體速度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖丙所

示【3】,若已知斜面的傾角α=30°,重力加速度g取10m/s2。求:

(1)物體與固定斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù);(2)若在t=6s時(shí)撤去推力F,物體還能上升的距離(斜面足夠長(zhǎng))。典例呈現(xiàn)信息提取

【1】物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到重力、支持力、摩擦力、推力的作用,受力分析圖如圖所

示。【2】【3】在0~2s內(nèi),推力大小F1=21.5N,物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng);在2~6s內(nèi),推力大小F2=20

N,物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。解析

(1)0~2s內(nèi),由牛頓第二定律得F1-mgsinα-μmgcosα=ma1,a1=

=0.5m/s2;2s~6s內(nèi),由牛頓第二定律得F2-mgsinα-μmg·cosα=0,代入數(shù)據(jù)解得m=3kg,μ=

。(2)撤去推力F后,由牛頓第二定律得-μmgcosα-mgsinα=ma3解得a3=-

m/s2x3=

=0.075m。思路點(diǎn)撥

首先對(duì)物體進(jìn)行受力分析,結(jié)合圖像分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),然后根據(jù)牛頓第二定

律列方程求解。答案

(1)

(2)0.075m講解分析當(dāng)物體由一種物理狀態(tài)變?yōu)榱硪环N物理狀態(tài)時(shí),可能存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),這時(shí)物體所處的

狀態(tài)稱為臨界狀態(tài),與之相關(guān)的物理?xiàng)l件則稱為臨界條件,涉及臨界狀態(tài)的問(wèn)題稱為臨界問(wèn)

題。許多臨界問(wèn)題題干中常用“恰好”“最大”“至少”“不相撞”“恰脫離”等詞語(yǔ)對(duì)

臨界狀態(tài)給出暗示,審題時(shí)要抓住這些特定詞語(yǔ)挖掘其內(nèi)涵規(guī)律,找出臨界條件。1.四類典型臨界條件(1)接觸與脫離的臨界條件:疊放在一起的兩個(gè)物體在分離瞬間,從受力的角度來(lái)講,它們之間題型2動(dòng)力學(xué)中的臨界問(wèn)題的壓力為零;從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度來(lái)講,兩者在垂直于接觸面方向的速度和加速度仍然相等。(2)相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件:兩物體擠壓、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)但處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),存在著靜摩

擦力,相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件:繩子所能承受的張力是有限度的,繩子斷與不斷的臨界條件

是繩中張力等于它所能承受的最大張力;繩子松弛的臨界條件是繩中張力FT=0。(4)速度達(dá)到最值的臨界條件:加速度為0。2.求解臨界問(wèn)題的常用方法臨界法分析題目中的物理過(guò)程,明確臨界狀態(tài),直接

從臨界狀態(tài)和相應(yīng)的臨界條件入手,求出臨

界值解析法明確題目中的變量,求解變量間的數(shù)學(xué)表達(dá)

式,根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式分析臨界值2.求解臨界問(wèn)題的常用方法例題如圖所示,一彈簧一端固定在傾角為θ=37°的光滑固定斜面的底端,另一端拴住質(zhì)量為m1

=4kg的物體P,Q為一質(zhì)量為m2=8kg的物體,彈簧的質(zhì)量不計(jì),勁度系數(shù)k=600N/m,系統(tǒng)處于

靜止?fàn)顟B(tài)【1】。現(xiàn)給Q施加一個(gè)方向沿斜面向上的力F,使它從靜止開始沿斜面向上做勻加速

運(yùn)動(dòng),已知在前0.2s時(shí)間內(nèi),F為變力,0.2s以后F為恒力【2】,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10

m/s2,求力F的最大值與最小值。

典例呈現(xiàn)信息提取

【1】彈簧處于壓縮狀態(tài),可以選P、Q整體為研究對(duì)象,由平衡條件求出開始時(shí)

彈簧的壓縮量?！?】0.2s時(shí)刻P、Q兩物體分離,此時(shí)P、Q之間的彈力為零,且兩物體仍具有相同的加速

度。思路點(diǎn)撥

(1)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),根據(jù)平衡條件結(jié)合胡克定律求出彈簧的壓縮量。(2)P、Q分離前,它們一起做勻加速直線運(yùn)動(dòng),彈簧的壓縮量減小,彈簧彈力減小,故F增大;

當(dāng)P、Q分離時(shí),它們之間的彈力為零,F達(dá)到最大值【3】,此后F為恒力,可知?jiǎng)傞_始運(yùn)動(dòng)時(shí)F最

小【4】。(3)P、Q分離瞬間,對(duì)P受力分析,根據(jù)牛頓第二定律【5】列式;對(duì)于P、Q做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的

過(guò)程,列位移-時(shí)間關(guān)系式【6】,結(jié)合求解加速度,進(jìn)而求解F的最值。解析

設(shè)開始時(shí)彈簧的壓縮量為x0,由平衡條件得(m1+m2)gsinθ=kx0代入數(shù)據(jù)解得x0=0.12m(由【1】得到)0.2s時(shí)刻P、Q兩物體分離,此時(shí)它們之間的彈力為零,設(shè)此時(shí)彈簧的壓縮量為x1,對(duì)物體P,由

牛頓第二定律得kx1-m1gsinθ=m1a(由【2】【5】得到)前0.2s時(shí)間內(nèi)兩物體的位移為x0-x1=

at2(由【6】得到)聯(lián)立解得a=3m/s2對(duì)P、Q兩物體的受力進(jìn)行分析,可知開始運(yùn)動(dòng)時(shí)拉力最小,分