《红对勾高中物理》PPT课件 59页

课时2两类动力学问题　超重和失重\n知识点一单位制——知识回顾——1．单位制：由单位和单位一起组成了单位制．(1)基本单位：基本物理量的单位．力学中的基本量有三个，它们是、、；它们的国际单位分别是、、．(2)导出单位：由根据物理关系推导出来的其他物理量的单位．基本导出长度质量时间米千克秒基本量\n2．国际单位制中的基本物理量和基本单位国际单位制的基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克kg时间t秒s电流I安[培]A热力学温度T开[尔文]K物质的量n摩[尔]mol发光强度I坎[德拉]cd\n——基础自测——关于力学单位制说法中正确的是()A．kg、m/s、N是导出单位B．kg、m、J是基本单位C．在国际单位制中，质量的基本单位是kg，也可以是gD．只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是F＝ma\n解析：在力学单位制中，kg、m、s为基本单位，m/s、J和N均为导出单位，A、B均不正确；g不是国际单位的基本单位，C不正确；只有在国际单位制中，F＝kma中的k才为“1”，牛顿第二定律的表达式才是F＝ma，故只有D正确．答案：D\n知识点二动力学的两类基本问题——知识回顾——1．已知受力情况求运动情况根据牛顿第二定律，已知物体的情况，可以求出物体的加速度；再知道物体的初始条件(初位置和初速度)，根据，就可以求出物体在任一时刻的速度和位置，也就求出了物体的运动情况．受力运动学公式\n2．已知物体的运动情况，求物体的受力情况根据物体的运动情况，由可以求出加速度，再根据可确定物体的合外力，从而求出未知力，或与力相关的某些量，如动摩擦因数、劲度系数、力的方向等．运动学公式牛顿第二定律\n——要点深化——两类动力学问题的解题思路图解：\n——基础自测——某校课外活动小组，自制一枚土火箭，火箭在地面时的质量为3kg.设火箭发射实验时，始终在垂直于地面的方向上运动．火箭点火后可认为做匀加速运动，经过4s到达离地面40m高处，燃料恰好用完．若空气阻力忽略不计，g取10m/s2.求：(1)燃料恰好用完时火箭的速度为多大？(2)火箭上升离地面的最大高度是多大？(3)火箭上升时受到的最大推力是多大？\n\n(3)加速过程中，设火箭推力为F，根据牛顿第二定律得：F－mg＝ma解得F＝45N.答案：(1)20m/s(2)60m(3)45N\n知识点三超重和失重——知识回顾——1．实重和视重(1)实重：物体实际所受到的重力，它与物体的运动状态．(2)视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧秤的拉力或对台秤的压力将不等于物体，此时弹簧秤的示数或台秤的示数称做物体的视重．无关重力\n2．超重、失重、完全失重超　重失　重完全失重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物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零的状态产生条件物体有竖直向上的加速度或加速度有竖直向上的分量物体有竖直向下的加速度或加速度有竖直向下的分量a＝g，方向竖直向下\n——要点深化——对超重和失重的进一步理解(1)不论超重、失重或完全失重，物体的重力不变，只是“视重”改变．(2)物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体是有向上的加速度还是有向下的加速度．\n(3)当物体处于完全失重状态时，重力只产生使物体具有a＝g的加速度效果，不再产生其他效果．平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力，液柱不再产生向下的压强等．\n——基础自测——下列关于超重和失重现象的描述中正确的是()A．电梯正在减速上升，在电梯中的乘客处于超重状态B．磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时，列车上的乘客处于超重状态C．荡秋千时秋千摆到最低位置时，人处于失重状态D．“神舟”六号飞船在绕地球做圆轨道运行时，飞船内的宇航员处于完全失重状态\n解析：根据超重、失重的定义可知，电梯减速上升，加速度向下，乘客处于失重状态；磁悬浮列车在水平轨道上加速，加速度水平，乘客既不处于超重状态也不处于失重状态；荡秋千时，在最低位置处，人的加速度向上，处于超重状态；飞船内的宇航员所受的重力完全用于产生做圆周运动的加速度，处于完全失重状态．正确选项为D.答案：D\n题型一已知受力情况，确定物体运动情况[例1]在海滨游乐场有一种滑沙的娱乐活动．如图1所示，人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始下滑，滑到斜坡底部B点后沿水平滑道再滑行一段距离到C点停下来，斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的，滑板与两滑道间的动摩擦因数为μ＝0.50，不计空气阻力，重力加速度g＝10m/s2.图1\n(1)若斜坡倾角θ＝37°，人和滑板的总质量为m＝60kg，求人在斜坡上下滑时的加速度大小．(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(2)若由于受到场地的限制，A点到C点的水平距离为x＝50m，为确保人身安全，假如你是设计师，你认为在设计斜坡滑道时，对高度应有怎样的要求？图2\n[解析](1)在斜坡上下滑时，受力如图2由牛顿第二定律得：mgsinθ－Fμ＝ma①FN－mgcosθ＝0②Fμ＝μFN③解①②③得：a＝gsinθ－μgcosθ＝2m/s2\n[答案](1)2m/s2(2)斜坡的高度不能超过25m\n题后反思由物体受力情况求解运动情况的一般步骤是：1．确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体受力图．2．根据力的合成或正交分解求出合外力(大小、方向)(物体受二个以上的力作用时一般用正交分解法)．3．根据牛顿第二定律列方程，并解出物体的加速度．4．结合题给物体运动的初始条件，选择运动学公式求出所需的运动学量．\n变式1—1工人用绳索拉铸件，从静止开始在水平面上前进．如果铸件的质量是20kg，铸件与地面间的动摩擦因数是0.25，工人用60N的力拉动铸件，绳跟水平方向的夹角为37°并保持不变(图3)．经4s后松手，问松手后铸件还能前进多远？(g＝10m/s2，cos37°＝0.8，sin37°＝0.6)图3\n解析：松手前铸件做匀加速直线运动，设加速度为aFcos37°－f＝ma①Fsin37°＋FN－mg＝0②f＝μFN③解得a＝0.35m/s2\n4s末速度v0＝at＝1.4m/s④松手后减速加速度的大小设为a′a′＝μg＝2.5m/s2⑤铸件再前进s后停止，则v02＝2a′s⑥答案：0.39m\n题型二已知运动情况，确定物体受力情况[例2]冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目，比赛场地示意图如图4甲所示．比赛时，运动员脚蹬起蹬器，身体成跪式手推冰壶从本垒圆心O向前滑行，至前卫线时放开冰壶使其沿直线OO′滑向营垒圆心O′，为使冰壶能在冰面上滑得更远，运动员可用毛刷刷冰面以减小冰壶与冰面间的动摩擦因数．\n一次比赛时，冰壶(可视为质点)从本垒圆心O点向前沿直线OO′滑行，某同学利用计算机描绘出冰壶运动的v－t图象如图4乙所示，已知OO′＝30.0m，冰壶的质量为19kg，g取10m/s2，启动时运动员对冰壶的推力为恒力，求：图4\n(1)启动时运动员对冰壶的推力F；(2)用毛刷刷冰面的距离及此时冰壶与冰面间的动摩擦因数μ；(3)冰壶静止时的位置．\n[解析](1)分析v－t图象可知，0～2.0s内为冰壶的启动过程，2.0s～12.0s为冰壶在冰面上的自滑过程，12.0s～16.8s为冰壶在运动员刷冰面后的滑行过程．0～2.0s冰壶的加速度大小为a1＝2m/s2设不刷冰面时冰壶与冰面的动摩擦因数为μ1，由牛顿第二定律有：F－μ1mg＝ma12．0s～12.0s冰壶的加速度大小为a2＝0.32m/s2由牛顿第二定律有μ1mg＝ma2联立解得F＝44.1N\n\n[答案](1)44.1N(2)1.92m0.017(3)距O′点左侧0.08m处\n题后反思解答此类问题还应注意：不论是已知运动求解力，还是已知力求解运动，作好“两分析”即受力分析、运动分析是解决问题的关键．在解决两类动力学基本问题时要正确画出受力分析图，进行运动过程分析，建立已知的受力情况或运动情况与加速度的关系，从而达到事半功倍的效果．\n求解这两类问题的思路如下：\n变式2—1(2010·安徽理综)质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的v－t图象如图5所示．g取10m/s2，求：(1)物体与水平面间的动摩擦因数μ；(2)水平推力F的大小；(3)0～10s内物体运动位移的大小．图5\n\n\n答案：(1)0.2(2)6N(3)46m\n题型三超重和失重问题[例3]如图6所示是电梯上升的v－t图线，若电梯的质量为100kg，则承受电梯的钢绳受到的拉力在0～2s之间、2s～6s之间、6s～10s之间分别为多大？(g取10m/s2)图6\n[解析]从图中可以看出电梯的运动情况为先加速、后匀速、再减速，根据v－t图线可以确定电梯的加速度，由牛顿运动定律可列式求解．对电梯的受力情况分析如图7所示：图7\n\n[答案]1300N1000N850N\n题后反思物体无论处于超重状态还是失重状态或完全失重状态，物体受到由于地球的吸引而产生的重力始终不变，改变的只是物体对水平支持物的压力或对竖直悬线的拉力．电梯问题是超重、失重部分经常考查的题目，其实质仍是牛顿第二定律的应用．\n变式3—1(2011·福建三明期末)某位同学为了研究超重和失重现象，将重为50N的物体带到电梯中，并将它放在水平放置的传感器上，电梯由启动到停止的过程中，测得重物的压力随时间变化的图象如图8所示．设在t1＝2s和t2＝8s时电梯的速度分别为v1和v2，下列判断正确的是()A．电梯上升了，v1>v2B．电梯上升了，v2>v1C．电梯下降了，v1>v2D．电梯下降了，v2>v1图8\n解析：由图象可知，物体先处于超重状态(加速上升或减速下降)，考虑到电梯由启动开始，故可以判断电梯加速上升；由压力随时间变化的图象可知其v－t图象如图9所示，可知v2>v1.答案：B图9\n1．在升降电梯内的地面上放一体重计，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10所示，在这段时间内下列说法中正确的是()图10\nA．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g/5，方向一定竖直向下\n解析：晓敏在这段时间内处于失重状态，是由于晓敏对体重计的压力变小了，而晓敏的重力没有改变，A选项错；晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力，大小一定相等，B选项错，以竖直向下为正方向，有：mg－F＝ma，即50g－40g＝50a，解得a＝g/5，方向竖直向下，但速度方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，C选项错，D选项正确．答案：D\n2．如图11所示，位于竖直平面内的固定光滑圆环轨道与水平面相切于M点，与竖直墙壁相切于A点，竖直墙壁上另一点B与M的连线和水平面的夹角为60°，C是圆环轨道的圆心．已知在同一时刻，a、b两球分别由A、B两点从静止开始沿光滑倾斜直轨道AM、MB运动到M点；c球由C点自由下落到M点．则()A．a球最先到达M点B．b球最先到达M点C．c球最先到达M点D．b球和c球都可能最先到达M点图11\n答案：C\n3．如图12所示，楼梯口一倾斜的天花板与水平面成θ＝37°角，一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板．工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上，大小为F＝10N，刷子的质量为m＝0.5kg，刷子可视为质点．刷子与天花板间的动摩擦因数为0.5，天花板长为L＝4m，取sin37°＝0.6，试求：图12\n(1)刷子沿天花板向上运动的加速度；(2)工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间．解析：(1)以刷子为研究对象，受力分析如图13所示，设滑动摩擦力为Ff，天花板对刷子的弹力为FN，由牛顿第二定律，得(F－mg)sin37°－Ff＝maFN＝(F－mg)cos37°Ff＝μFN代入数据，得a＝2m/s2.图13\n答案：(1)2m/s2(2)2s\n4．一卡车拖挂一相同质量的车厢，在水平直道上以v0＝12m/s的速度匀速行驶，其所受阻力可视为与车重成正比，与速度无关．某时刻，车厢脱落，并以大小为a＝2m/s2的加速度减速滑行．在车厢脱落t＝3s后，司机才发觉并紧急刹车，刹车时阻力为正常行驶时的3倍．假设刹车前牵引力不变，求卡车和车厢都停下后两者之间的距离．\n解析：设卡车的质量为M，卡车所受阻力与车重之比为μ；刹车前卡车牵引力的大小为F，卡车刹车前后加速度的大小分别为a1和a2.重力加速度大小为g.由牛顿第二定律有F－2μMg＝0①F－μMg＝Ma1②μMg＝Ma③3μMg＝Ma2④\n\n答案：36m\n5．科研人员乘气球进行科学考察．气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为990kg.气球在空中停留一段时间后，发现气球漏气而下降，及时堵住．堵住时气球下降速度为1m/s，且做匀加速运动，4s内下降了12m．为使气球安全着陆，向舱外缓慢抛出一定的压舱物．此后发现气球做匀减速运动，下降速度在5分钟内减少3m/s.若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略，重力加速度g＝9.89m/s2，求抛掉的压舱物的质量．\n答案：101kg\n谢谢观赏谢谢观赏