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11、牛二定律基礎——超重失重問題

基礎知識:

實重:實際重力G=mg(與運動狀態無關)

視重:稱出來的重力(稱上顯示的,支援力或拉力)

超重:視重>實重

失重:視重<實重

口訣:超重失重要了解,最後結論要記牢;加速度最關鍵,向上超重,向下失重(能分解出豎直方向的加速度的,也同樣適用)!具體值列式計算。外力F、m、a知二求一。

分析和應用:首先要清楚實重、視重、超重、失重的概念。 根據概念得出判斷結論(超重、失重),記清楚,物體加速度向上為超重,加速向下為失重!如果物體沿斜上(下)加減速,加速度分解後,有豎直方向的,同樣可以判斷超重或失重。具體要計算質量、加速度或力的,根據超重、失重,列出表示式,一般有三個變數,多數情況是,知道兩個求另外一個!

做題套路:

1、確定研究物件: 。

2、確定研究物件狀態: 。(多為非平衡;加速度或合力方向)

3、點個點代表物體:先畫重力方向,再畫彈力方向,最後畫摩檫力方向及其它力;不確定的力,標記問號?最後透過分析或討論確定是否存在及方向、大小!!!

4、座標系:平衡的物體——沿著力多的方向建立!

非平衡物體——沿著運動(V)方向建立座標系!

再把不在座標軸上的物體沿座標軸分解——求出分力: 和 。

5、根據平衡關係或牛頓第二定理分析求解: 。

6、未知量多,就列運動學公式求加速度!再聯立求解: 。

研究物件

受力分析

超重、失重

建立座標系?

動力學關係式?

1

2

整體

易錯點:

受力分析——方向、大小?

不清楚超重、失重概念

不會判斷——不會列式子

例題精講:

1.如圖所示,輕質彈簧的上端固定在電梯的天花板上,彈簧下端懸掛一個小球,電梯中有質量為 的乘客,在電梯執行時乘客發現輕質彈簧的伸長量始終是電梯靜止時的四分之三,已知重力加速度 ,由此可判斷

11、牛二定律基礎——超重失重問題

A.電梯可能加速下降,加速度大小為 B.電梯可能減速上升,加速度大小為 C.乘客處於超重狀態D.乘客對電梯地板的壓力為

【答案】BD

【解析】電梯靜止不動時,小球受力平衡,有 ,電梯執行時彈簧的伸長量比電梯靜止時小,說明彈力變小了,根據牛頓第二定律,有 ,即 ,,加速度向下,電梯可能加速下降或減速上升,乘客處於失重狀態,選項 A、C 錯誤,選項 B 正確;乘客對地板的壓力大小為 ,選項 D 正確。故選BD

練習:

1、將金屬塊用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中,如圖所示.在箱的上頂板和下底板裝有壓力感測器,箱可以沿豎直軌道運動,當箱以的加速度豎直向上做勻減速運動時,上頂板的壓力感測器顯示的壓力為 ,下底板的壓力感測器顯示的壓力為.(取)求:

11、牛二定律基礎——超重失重問題

(1) 若上頂板壓力感測器的示數是下底板壓力感測器的示數的一半,試判斷箱的運動情況.

【答案】,箱子向上或向下做勻速運動

【解析】、大小與上下感測器示數相等,由牛頓第二定律得, 代入資料,,,,解得,若,因彈簧長度沒有變化,所以, 。代入 式,解得此時的加速度,箱子向上或向下做勻速運動。

(2) 要使上頂板壓力感測器的示數為零,箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的?

【答案】向上做勻加速或向下做勻減速運動,大於等於

【解析】接觸但無壓力狀態為臨界,此時,不變.將資料代入 式得,。故箱子向上做勻加速或向下做勻減速運動,加速度大小大於等於。

2、我國運動員在倫敦奧運會上蹦床比賽中的一個場景,設這位蹦床運動員僅在豎直方向上運動,運動員的腳在接觸蹦床過程中,蹦床對運動員的彈力隨時間的變化規律透過感測器用計算機繪製出來,如圖所示,取/,根據影象求:

11、牛二定律基礎——超重失重問題

(1) 運動員的質量

【答案】

【解析】曲線一開始是運動員停在蹦床上,壓力是,說明運動員重力是,則運動員的質量為:;

(2) 運動員在運動過程中的最大加速度

【答案】

【解析】最大彈力:,根據牛頓第二定律得:,代入資料計算得出:;

(3) 在不計空氣阻力的情況下,運動員離開蹦床上升的最大高度(把運動員當成質點來處理)

【答案】

【解析】運動員在空中的時間:,下落時間,最大高度:.

3、在電梯中,把一重物置於檯秤上,檯秤與力的感測器相連,當電梯從靜止加速上升,然後又勻速運動一段時間,最後停止運動;感測器的螢幕上顯示出其受的壓力與時間的關係圖象,如圖所示,則:

11、牛二定律基礎——超重失重問題

(1) 電梯在哪段時間內加速上升,此過程中重物處於超重狀態還是失重狀態?為什麼?

【答案】電梯在內加速上升,重物在內處於超重狀態,因為在內,重物對臺秤的壓力大於重力

【解析】因為重物做勻速直線運動時對臺秤的壓力等於重力,由圖可知,電梯在內加速上升,重物在內處於超重狀態,因為在內,重物對臺秤的壓力大於重力。

(2) 電梯的最大加速度是多大?取

【答案】電梯的最大加速度是

【解析】重物的質量因為重物對臺秤的壓力與檯秤對重物的支援力是作用力與反作用力所以,重物所受的支援力的最大值因為當時,重物處於超重狀態所以,所以,重物所受的支援力的最小值因為當時,重物處於失重狀態所以,所以,所以,加速度的最大值為

4.某馬戲團演員做滑桿表演.已知豎直滑桿上端固定,下端懸空,滑桿的重力為 .在杆的頂部裝有一拉力感測器,可以顯示杆頂端所受拉力的大小.已知演員在滑桿上做完動作之後,先在杆上靜止了 ,然後沿杆下滑, 末剛好滑到杆底端,並且速度恰好為零.整個過程中演員的 圖象和感測器顯示的拉力隨時間的變化情況如圖所示, 取 ,則下列說法正確的是

11、牛二定律基礎——超重失重問題

A.演員的體重為 B.演員在第 內一直處於超重狀態C.滑桿所受的最小拉力為 D.滑桿所受的最大拉力為

【答案】AC

【解析】前 演員靜止,演員重 ,A 項正確; 加速下滑,失重狀態,B項錯;加速時加速度 ,對人,,,對杆拉力大小 ,則 ,C項對,同理,減速下滑時 .對人,,,對杆,拉力 ,D項錯。故選AC

5.在一電梯的地板上有一壓力感測器,其上放一物塊,如圖甲所示,當電梯執行時,感測器示數大小隨時間變化的關係圖象如圖乙所示,根據國象分析得出的結論中正確的是

11、牛二定律基礎——超重失重問題

A.從時刻到,物塊處於失重狀態B.從時刻到,物塊處於失重狀態C.電梯可能開始停在低樓層,先加速向上,接著勻速向上,再減速向上,最後停在高樓層D.電梯可能開始停在高樓層,先加速向下,接著勻速向下,再減速向下,最後停在低樓層

【答案】BC

【解析】從圖乙中可以看出,到,彈力大於重力,所以物體處於超重狀態,到彈力等於重力,物體勻速轉動,到彈力小於重力,物體處於失重狀態,A錯誤B正確;物體可能是先加速上升,在勻速,到達高層在減速;也可能先向下減速靜止在向下加速運動,故C正確D錯誤.故選BC

6.“跳水”是一項傳統的體育運動專案,如圖是某運動員從跳板上被豎直向上彈起,不考慮空氣阻力,則下列說法正確的是

11、牛二定律基礎——超重失重問題

A.運動員離開跳板向上運動的過程中,處於超重狀態B.運動員在下落過程中,處於完全失重狀態C.運動員離開跳板後的整個空中運動過程,都處於完全失重狀態D.運動員上升到最高點時的速度為零,運動員處於平衡狀態

【答案】BC

【解析】

ABC.由於不計阻力,運動員離開跳板後,只受重力作用,加速度為重力加速度,方向豎直向下,所以處於完全失重狀態,故BC正確,A錯誤;D.運動員上升到最高點時速度為零,但其仍受重力作用,加速度仍豎直向下,處於失重狀態,故D錯誤。故選BC。

7.電梯頂部懸掛一彈簧秤,彈簧秤下端掛一重物;電梯地板上站著一個人,相對電梯靜止當電梯靜止時,彈簧秤的示數為若某時刻彈簧秤的示數為則此時為

A.電梯可能向上加速運動,加速度大小為B.電梯可能向上減速運動,加速度大小為C.人對電梯地板的壓力大於他受到的重力D.電梯中的人處於平衡狀態

【答案】AC

【解析】

A、電梯勻速直線運動時,彈簧秤的示數等於重物的重力,即當彈簧秤的示數變為時,彈簧的拉力大小等於以重物為研究物件,,;根據牛頓第二定律分析得出其加速度方向豎直向上,處於超重,電梯的運動情況可能是:向上加速運動或向下減速運動故A正確,B錯誤;C、人隨電梯向上加速,則人也處於超重狀態,人對電梯地板的壓力大於他受到的重力故C正確;D、人的加速度的方向向上,不是平衡狀態故D錯誤.故選:AC.

8.如圖所示,運動的電梯內,有一根細繩上端固定,下端系一質量為的小球,當細繩對小球的拉力為,則電梯的運動情況是

11、牛二定律基礎——超重失重問題

A.以勻減速上升B.以勻減速上升C.以勻加速下降D.以勻加速下降

【答案】BD

【解析】

對小球受力分析,,加速度大小為,加速度方向向下,所以小球運動形式可以是以勻減速上升或以勻加速下降,BD正確.故選BD。由牛頓第二定律可求小球的加速度的大小和方向,從而判斷可能的運動形式.本題考查了超重和失重,關鍵是掌握:超重是時具有向上的加速度,失重時具有向下的加速度.

9.在升降機內,一人站在磅秤上,發現自己的體重減輕了,則下列判斷可能正確的是取

A.升降機以的加速度加速上升B.升降機以的加速度加速下降C.升降機以的加速度減速上升D.升降機以的加速度減速下降

【答案】BC

【解析】

【分析】當物體對接觸面的壓力大於物體的真實重力時,就說物體處於超重狀態,此時有向上的加速度;當物體對接觸面的壓力小於物體的真實重力時,就說物體處於失重狀態,此時有向下的加速度,根據牛頓第二定律求出升降機的加速度。本題考查了學生對超重失重現象的理解,掌握住超重失重的特點,對人進行受力分析求出人的加速度,本題就可以解決了。【解答】人站在磅秤上受重力和支援力,發現了自已的體重減少了,處於失重狀態,具有向下的加速度,根據牛頓第二定律得出:,方向向下,那麼此時的運動可能是以的加速度減速上升,也可能是以的加速度加速下降,故AD錯誤,BC正確。故選BC。

10.如圖所示,一個質量為的人站在臺秤上,用跨過定滑輪的繩子,將質量為的物體自高處放下,當物體以加速下降時,則

11、牛二定律基礎——超重失重問題

A.物體處於失重狀態B.細繩對人的拉力為C.檯秤的讀數為D.檯秤的讀數為

【答案】AD

【解析】

A、對重物受力分析,受重力和拉力,加速下降,根據牛頓第二定律,有:,可知物體對繩子的拉力小於重力,處於失重狀態故A正確;B、、、物體對繩子的拉力小於重力,所以細繩對人的拉力也小於.再對人受力分析,受到重力、拉力和支援力,根據共點力平衡條件,有:由,解得故B錯誤,C錯誤,D正確.故選:AD

11、一個質量為的人乘坐電梯,當電梯以加速度豎直向下勻減速下降時,下列說法正確的是

A.人的重力為B.人的重力為C.人對電梯的壓力大小為D.人對電梯的壓力大小為

【答案】AD

【解析】

A、當電梯以加速度豎直向下勻減速下降時,人的重力不變為,故A正確,B錯誤;C、以人研究物件,當電梯以加速度豎直向下勻減速下降時,加速度方向向上,根據牛頓第二定律得:得電梯對人的支援力:,由牛頓第三定律求出人對電梯的壓力為,故C錯誤,D正確故選:AD.以人研究物件,根據牛頓第二定律求出電梯對人的支援力,再由牛頓第三定律求出人對電梯的壓力.本題是超重現象,運用牛頓第二定律處理,要抓住加速度的方向,判斷壓力與重力的大小關係.

12、一質量為 的小孩站在電梯內的體重計上.電梯從 時刻由靜止開始上升,在 到 內體重計示數 的變化如圖所示.試求在這段時間內電梯上升的高度。(取重力加速度 )

11、牛二定律基礎——超重失重問題

【答案】

【解析】由 圖象可知,在 內視重 ,而小孩的重力 ,所以電梯和小孩由靜止開始向上做勻加速運動,由牛頓第二定律得 ,電梯上升的高度 由以上兩式解得 在 內,視重 ,電梯和小孩向上做勻速運動,勻速運動的速度 電梯上升的高度 在 內,視重 ,電梯和小孩向上做減速運動,由牛頓第二定律得 電梯上升的高度 由以上兩式解得 這段時間內電梯上升的總高度 .

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