衔接19 超重与失重连接体问题 初升高物理无忧衔接全国通用解析版Word文档下载推荐.docx
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例:
下列说法中正确的是( )
A.只有正在向上运动的物体,才有可能处于超重状态
B.超重就是物体所受的重力增大
C.物体处于超重状态时,地球对它的引力变大
D.超重时物体所受的重力不变
【答案】D
【解析】只要物体加速度方向向上,物体就处于超重状态,物体也可能向下做减速运动,故A错误.超重时物体的重力不变,地球对物体的吸引力也不变,故B、C错误,D正确.
二、超重和失重分析
状态
加速度
视重(F)和实重
(mg)的关系
运动情况
受力图
平衡
静止或匀速
直线运动
超重
向上
向上加速或
向下减速
失重
向下
向下加速或
向上减速
完全
[特别提醒]
1.从牛顿第二定律可以知道,加速度方向是超、失重判断的关键,若加速度方向向上(包括斜向上),物体处于超重状态;
若加速度方向向下(包括斜向下),物体处于失重状态。
2.物体处于超重状态,它的加速度不一定竖直向上,但加速度一定有竖直向上的分量;
同理处于失重状态的物体,其加速度方向不一定竖直向下,但一定有竖直向下的分量。
小丁同学在地面上最多能举起60kg的重物,重力加速度g=10m/s2,小丁同学站在正以加速度5m/s2上升的升降机中最多能举起的重物为( )
A.40kg B.30kg
C.60kgD.50kg
【答案】A
【解析】升降机以加速度为5m/s2匀加速上升,重物在竖直方向有加速度,会出现超重现象,可知C错;
在地面上最多能举起60kg的重物,可知小丁对重物竖直方向的最大作用力F=600N,对重物应用牛顿第二定律有F-m1g=m1a,解得m1=40kg。
三、连接体问题
1、整体法与隔离法
在实际问题中,常常遇到几个相互联系的、在外力作用下一起运动的物体系。
因此,在解决此类问题时,必然涉及选择哪个物体为研究对象的问题。
方法
研究对象
选择原则
整体法
将一起运动的物体系作为研究对象
求解物体系整体的加速度和所受外力
隔离法
将系统中的某一物体为研究对象
求解物体之间的内力
2、内力和外力
1.系统:
相互作用的物体称为系统.系统由两个或两个以上的物体组成.
2.系统内部物体间的相互作用力叫内力,系统外部物体对系统内物体的作用力叫外力.
3、系统牛顿第二定律
牛顿第二定律不仅对单个质点适用,对系统也适用,并且有时对系统运用牛顿第二定律要比逐个对单个物体运用牛顿第二定律解题要简便许多,可以省去一些中间环节,大大提高解题速度和减少错误的发生。
对系统运用牛顿第二定律的表达式为:
即系统受到的合外力(系统以外的物体对系统内物体作用力的合力)等于系统内各物体的质量与其加速度乘积的矢量和。
若系统内物体具有相同的加速度,表达式为:
4、整体法与隔离法的综合应用
实际上,不少问题既可用“整体法”也可用“隔离法”解,也有不少问题则需要交替应用“整体法”与“隔离法”。
因此,方法的选用也应视具体问题而定。
1.求内力:
先整体求加速度,后隔离求内力。
2.求外力:
先隔离求加速度,后整体求外力。
相同材料的物块m和M用轻绳连接,在M上施加恒力F,使两物块作匀加速直线运动,求在下列各种情况下绳中张力T。
(1)地面光滑,T=?
(2)地面粗糙,T=?
(3)竖直加速上升,如图,T=?
(4)放在光滑斜面加速上升,如图,T=?
【答案】均为T=mF/(M+m)
【解析】
(1)由牛顿第二定律,对整体可得:
F=(M+m)a,隔离m可得:
T=ma
联立解得:
T=mF/(M+m)
(2)由牛顿第二定律,对整体可得:
F-μ(M+m)g=(M+m)a,隔离m可得:
T-μmg=ma
(3)由牛顿第二定律,对整体可得:
F-(M+m)g=(M+m)a,隔离m可得:
T-mg=ma
(4)由牛顿第二定律,对整体可得:
F-(M+m)gsinθ=(M+m)a,隔离m可得:
T-mgsinθ=ma
动力分配原则:
①无论m、M质量大小关系如何,无论接触面是否光滑,无论在水平面、斜面或竖直面内运动,细线上的张力大小不变。
②动力分配原则:
两个直接接触或通过细线相连的物体在外力的作用下以共同的加速度运动时,各个物体分得的动力与自身的质量成正比,与两物体的总质量成反比。
③条件:
加速度相同;
接触面相同。
精选练习
A组基础练
1、下列关于超重、失重现象的说法正确的是( )
A.汽车驶过拱形桥顶端时处于失重状态,此时质量没变,重力减小了
B.荡秋千的小孩通过最低点时处于失重状态,此时拉力小于重力
C.宇航员在飞船内处于完全失重状态,而正在进行太空行走的宇航员在飞船外则处于平衡状态
D.电梯加速上升时,电梯中的人处于超重状态,受到的支持力大于重力
A、汽车驶过拱形桥顶端时有竖直向下的加速度,处于失重状态,此时质量没变,重力不变,故A错误;
B、荡秋千时秋千摆到最低位置时,加速度方向向上,故人处于超重状态,故B错误;
C、无论宇航员在舱内或是在舱外,都随着飞船一起做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,所以不是处于平衡状态,故C错误;
D、电梯加速上升时,加速度向上,处在电梯中的人处于超重状态,受到的支持力大于重力,故D正确;
故选D。
2、(多选)在升降机内,一人站在磅秤上,发现自己的体重减轻了20%,则下列判断可能正确的是(g取10m/s2)( )
A.升降机以8m/s2的加速度加速上升
B.升降机以2m/s2的加速度加速下降
C.升降机以2m/s2的加速度减速上升
D.升降机以8m/s2的加速度减速下降
【答案】BC
【解析】人发现体重减轻,说明人处于失重状态,加速度向下,由mg-N=ma,N=80%mg,故a=0.2g=2m/s2,方向向下.升降机可能加速下降,也可能减速上升,故B、C正确.
3、如图所示,A、B两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下列说法正确的是( )
A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零
B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
【解析】以A、B作为整体,上升过程只受重力作用,所以系统的加速度为g,方向竖直向下,故系统处于完全失重状态,A、B之间无弹力作用,A正确,B错误.下降过程,A、B仍是处于完全失重状态,A、B之间也无弹力作用,C、D错误.
4、(多选)一兴趣小组做了一次实验,实验时让某同学从桌子上跳下,自由下落H后双脚触地,他顺势弯曲双腿,他的重心又下降了h后停住,利用传感器和计算机显示该同学受到地面的支持力F随时间变化的图象如图所示。
根据图象提供的信息,以下判断正确的是( )
A.在0至t2时间内该同学处于失重状态
B.t2时刻该同学的加速度为零
C.t3时刻该同学的速度达到最大
D.在t3至t4时间内该同学处于超重状态
【答案】ABD
【解析】在0到t2时间内,支持力的大小小于重力,加速度方向向下,所以该同学处于失重状态,A正确;
在t2时刻,支持力的大小等于重力,加速度为0,速度达到最大,B正确,C错误;
在t3到t4时间内,支持力的大小大于重力,加速度方向向上,所以该同学处于超重状态,D正确;
故选项ABD.
5、如图所示,轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上,弹簧下端悬挂一个小铁球,当电梯在竖直方向运行时,电梯内乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量小了,这一现象表明()
A.电梯一定在上升阶段
B.电梯一定在下降阶段
C.乘客一定处在超重状态
D.电梯的加速度方向一定向下
【解析】电梯静止不动时,小球受力平衡,有mg=kx1;
弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量小了,说明弹力变小了,根据牛顿第二定律,有mg-kx2=ma,故加速度向下,电梯可能加速下降或者减速上升,电梯中的人处于失重状态;
故选D.
6、某同学站在电梯底板上,如图所示的v-t图像是计算机显示电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。
根据图像提供的信息,可以判断下列说法中正确的是(
)
A.在0-20s内,电梯向上运动,该同学处于超重状态
B.在0-5s内,电梯在加速上升,该同学处于失重状态
C.在5s-10s内,电梯处于静止状态,该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力
D.在10s-20s内,电梯在减速上升,该同学处于失重状态
图像的斜率表示加速度,故0~5s内斜率为正,加速度为正,方向向上,处于超重状态,速度为正,即电梯向上加速运动;
在5~10s过程中,电梯匀速,该同学加速度为零,该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力,处于正常状态;
10~20s过程中,斜率为负,速度为正,即电梯向上做减速运动,加速度向下,处于失重状态,D正确.
7、如图所示,人站在电动扶梯的水平台阶上,假定人与扶梯一起沿斜面加速上升,在这个过程中,以下说法正确的是()
A.台阶对人的摩擦力对人做负功
B.台阶对人的总作用力方向沿竖直向上
C.在此过程中人处于失重状态
D.人对台阶的压力大小等于台阶对人的支持力的大小
设斜面坡角为,人的加速度斜向上,将加速度分解到水平和竖直方向得:
,
方向水平向右;
方向竖直向上;
A.水平方向受静摩擦力作用
水平向右,运动的位移为x,为锐角,则
则台阶的摩擦力对人做正功,A错误;
B.合力方向沿斜面向上,重力竖直向下,则台阶对人的作用力方向斜向右上方,B错误;
C.人有一个竖直向上的加速度,所以人处于超重状态,C错误;
D.人对台阶的压力大小与台阶对人的支持力互为作用力和反作用力,则大小相等,D正确;
8、体育课上某同学做引体向上。
他两手握紧单杠,双臂竖直,身体悬垂;
接着用力上拉使下颚超过单杠(身体无摆动);
然后使身体下降,最终悬垂在单杠上。
下列说法正确的是()
A.在上升过程中单杠对人的作用力始终大于人的重力
B.在下降过程中单杠对人的作用力始终小于人的重力
C.若增大两手间的距离,最终悬垂时单臂的拉力变大
D.若增大两手间的距离,最终悬垂时单臂的拉力不变
【答案】C
在上升和下降过程中,人都是从静止开始,最终又回到静止状态,故上升时是先超重后失重,下降时是先失重后超重,而超重时是单杠对人的用力大于人的重力,失重时是单杠对人的作用力小于人的重力,故选项AB均错误;
若增大两手间的距离,由于两手的合力等于人的重力,而重力不变,故两个分力的夹角越大,则需要
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