高考物理双基突破专题14超重与失重动力学连接体问题精讲练习.docx

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高考物理双基突破专题14超重与失重动力学连接体问题精讲练习

2019年高考物理双基突破专题14超重与失重动力学连接体问题精讲练习

一、超重、失重

1．超重

（1）定义：

物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象。

（2）产生条件：

物体具有向上的加速度。

2．失重

（1）定义：

物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象。

（2）产生条件：

物体具有向下的加速度。

3．完全失重

（1）定义：

物体对支持物的压力（或对竖直悬挂物的拉力）等于零的现象称为完全失重现象。

（2）产生条件：

物体的加速度a＝g，方向竖直向下。

4．视重：

当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为视重。

视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力。

【题1】（多选）神舟飞船返回时，3吨重的返回舱下降到距地面10km时，下降速度为200m/s。

再减速就靠降落伞了，先是拉出减速伞，16s后返回舱的速度减至80m/s，此时减速伞与返回舱分离．然后拉出主伞，主伞张开后使返回舱的下降速度减至10m/s，此时飞船距地面高度为1m，接着舱内4台缓冲发动机同时点火，给飞船一个向上的反冲力，使飞船的落地速度减为零．将上述各过程视为匀变速直线运动，g取10m/s2。

根据以上材料可得

A．减速伞工作期间返回舱处于失重状态

B．主伞工作期间返回舱处于超重状态

C．减速伞工作期间返回舱的平均加速度大小为7.5m/s2

D．每台缓冲发动机的反冲推力约为返回舱重力的15倍

【答案】BC

【题2】下列关于超重和失重的说法正确的是

A．游泳高手可以静躺在水面上，那时的人处于完全失重状态

B．跳水运动员在入水前处于失重状态，入水后短时间内处于超重状态

C．飞船利用火箭发射后，上升过程中处于超重状态，返回地面过程中处于失重状态

D．给物块一个初速度沿斜面上滑，上滑的过程中物块处于超重状态，到最高点后下滑，下滑的过程中物块处于失重状态

【答案】B

【题3】应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。

例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。

对此现象分析正确的有

A．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态

B．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态

C．在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度

D．在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度

【答案】D

【解析】手托物体抛出的过程，必有一段加速过程，其后可以减速，可以匀速，当手和物体匀速运动时，物体既不超重也不失重；当手和物体减速运动时，物体处于失重状态，选项A错误；物体从静止到运动，必有一段加速过程，此过程物体处于超重状态，选项B错误；当物体离开手的瞬间，物体只受重力，此时物体的加速度等于重力加速度，选项C错误；手和物体分离之前速度相同，分离之后手速度的变化量比物体速度的变化量大，物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度，所以选项D正确。

【题4】高跷运动是一项新型运动，图甲为弹簧高跷．当人抓住扶手用力蹬踏板压缩弹簧后，人就向上弹起，进而带动高跷跳跃，如图乙所示。

下列说法正确的是

A．人向上弹起过程中，人一直处于超重状态

B．人向上弹起过程中，踏板对人的作用力大于人对踏板的作用力

C．弹簧压缩到最低点时，高跷对人的作用力大于人的重力

D．弹簧压缩到最低点时，高跷对地的压力等于人和高跷的总重力

【答案】C

5．对超重、失重的理解

（1）超重、失重现象的实质是物体的实重与视重相比发生了变化，物体的重力没有变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）变大或变小了，即视重比实重大了，物体处于超重状态；视重比实重小了，物体处于失重状态。

不论是超重、失重、完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变。

在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生变化。

（2）物体处于超重状态还是失重状态取决于加速度的方向，与速度的大小和方向没有关系。

下表列出了加速度方向与物体所处状态的关系。

加速度

超重、失重

视重F

a＝0

不超重、不失重

F＝mg

a方向竖直向上

超重

F＝m（g＋a）

a方向竖直向下

失重

F＝m（g－a）

a＝g，竖直向下

完全失重

F＝0

（3）尽管物体的加速度不是竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量即ay≠0，物体就会出现超重或失重状态。

当ay方向竖直向上时，物体处于超重状态；当ay方向竖直向下时，物体处于失重状态。

（4）物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的，其大小等于ma。

（5）只要物体有向上或向下的加速度，物体就处于超重或失重状态，与物体向上运动还是向下运动无关。

尽管整体没有竖直方向的加速度，但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度，整体也会出现超重或失重状态。

（6）在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力作用、液体柱不再产生压强等。

6．判断超重和失重现象的三个技巧

（1）从受力的角度判断：

当物体受向上的拉力（或支持力）大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态。

（2）从加速度的角度判断：

当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。

（3）从速度变化角度判断

①物体向上加速或向下减速时，超重；②物体向下加速或向上减速时，失重。

【题5】在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示，在这段时间内下列说法中正确的是

A．晓敏同学所受的重力变小了

B．晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力

C．电梯一定在竖直向下运动

D．电梯的加速度大小为

，方向一定竖直向下

【答案】D

【题6】（多选）如图甲所示，在电梯箱内轻绳AO、BO、CO连接吊着质量为m的物体，轻绳AO、BO、CO对轻质结点O的拉力分别为F1、F2、F3。

现电梯箱竖直向下运动，其速度v随时间t的变化规律如图乙所示，重力加速度为g，则

【答案】AD

【题7】斜面上的超重与失重的判断：

为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图所示，当此车减速上坡时，则乘客（仅考虑乘客与水平面之间的作用）

A．处于超重状态B．不受摩擦力的作用

C．受到向后（水平向左）的摩擦力作用D．所受合力竖直向上

【答案】C

【解析】当车减速上坡时，加速度方向沿斜坡向下，人的加速度与车的加速度相同，根据牛顿第二定律知人的合力方向沿斜面向下，合力的大小不变．人受重力、支持力和水平向左的静摩擦力，如图。

将加速度沿竖直方向和水平方向分解，则有竖直向下的加速度，则：

mg－FN＝may.FN＜mg，乘客处于失重状态，故A、B、D错误，C正确。

二、动力学连接体问题　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．连接体问题

（1）两个（或两个以上）物体组成的系统，我们称之为连接体。

连接体的加速度通常是相同的，但也有不同的情况，如一个静止、一个运动．连接体问题的类型有：

物物连接体、轻杆连接体、弹簧连接体、轻绳连接体。

（2）处理连接体问题的方法：

整体法与隔离法。

要么先整体后隔离，要么先隔离后整体。

不管用什么方法解题，所使用的规律都是牛顿运动定律。

2．整体法、隔离法

（1）隔离法：

当问题涉及几个物体时，常常将这几个物体“隔离”开来，对它们分别进行受力分析，根据其运动状态，应用牛顿第二定律或平衡条件列式求解。

特别是问题涉及物体间的相互作用时，隔离法是一种有效的解题方法。

（2）整体法：

将相互作用的两个或两个以上的物体看成一个整体（系统）作为研究对象，去寻找未知量与已知量之间的关系的方法称为整体法。

3．选用整体法和隔离法的策略

连接体问题涉及多个物体的运动，各物体既相互独立，又通过内力相互联系。

处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用。

（1）整体法的选取原则

若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力，则可以把它们看成一个整体，分析整体受到的合外力，应用牛顿第二定律求出加速度（或其他未知量）。

（2）隔离法的选取原则

若连接体内各物体的加速度不相同，或者需要求出系统内各物体之间的作用力，则需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解。

【题8】质量为M、长为

L的杆水平放置，杆两端A、B系着长为3L的不可伸长且光滑的柔软轻绳，绳上套着一质量为m的小铁环。

已知重力加速度为g，不计空气影响。

（1）现让杆和环均静止悬挂在空中，如图甲所示，求绳中拉力的大小；

（2）若杆与环保持相对静止，在空中沿AB方向水平向右做匀加速直线运动，此时环恰好悬于A端的正下方，如图乙所示。

①求此状态下杆的加速度大小a；

②为保持这种状态需在杆上施加一个多大的外力，方向如何？

【答案】

（1）

mg

（2）①

g②F的方向与水平方向成60°角斜向右上方

（2）①小铁环受力如图乙所示，设此时绳中拉力大小为FT′，两段绳夹角为θ′，由牛顿第二定律得

FT′sinθ′＝ma③

FT′＋FT′cosθ′－mg＝0④

由图中几何关系可知θ′＝60°，

代入③④式解得a＝

g⑤

②设外力F与水平方向成α角，杆和环整体受力如图丙所示，由牛顿第二定律得

Fcosα＝（M＋m）a⑥

Fsinθ－（M＋m）g＝0⑦

联立⑤⑥⑦式解得F＝

（M＋m）g，α＝60°

即F的方向与水平方向成60°角斜向右上方。

（3）整体法、隔离法的交替运用

若连接体内各物体具有相同的加速度，且需要求物体之间的作用力，则可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力。

即“先整体法求加速度，后隔离法求内力”。

①求外力时，先用隔离法求加速度，再用整体法求整体受到的外力。

②对较复杂的问题，通常需要多次选取研究对象，交替应用整体法与隔离法才能求解。

③对于加速度大小相同，方向不同的连接体，应采用隔离法进行分析。

【题9】如图所示，质量分别为m1＝2kg、m2＝3kg的两个物体置于光滑的水平面上，中间用轻质弹簧测力计连接．两个大小分别为F1＝30N、F2＝20N的水平拉力分别作用在m1、m2上，则

A．弹簧测力计的示数是10N

B．弹簧测力计的示数是50N

C．在突然撤去F2的瞬间，弹簧测力计的示数不变

D．在突然撤去F1的瞬间，m1的加速度不变

【答案】C

4．涉及隔离法与整体法的具体问题类型

（1）涉及滑轮的问题：

若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法。

例如，如图所示，绳跨过定滑轮连接的两物体虽然加速度大小相同，但方向不同，故采用隔离法。

（2）水平面上的连接体问题：

①这类问题一般多是连接体（系统）各物体保持相对静止，即具有相同的加速度。

解题时，一般采用先整体、后隔离的方法。

②建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好原则，或者正交分解力，或者正交分解加速度。

（3）斜面体与上面物体组成的连接体的问题

当物体具有沿斜面方向的加速度，而斜面体相对于地面静止时，解题时一般采用隔离法分析。

5．解题思路

物体系的动力学问题涉及多个物体的运动，各物体既相互独立，又通过内力相互联系。

处理各物体加速度都相同的连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般思路是：

（1）分析所研究的问题适合应用整体法还是隔离法。

①处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般的