湖南省临湘一中2020年高考物理总复习 第20讲 牛顿运动定律应用—超重和失重能力提升学案 新人教版必修1 8页

第二十讲 牛顿运动定律应用——超重和失重 ‎ 考点一 超重和失重的判断 核心内容 ‎1.超重：当物体具有向上的加速度是，即加速上升或减速下降时，物体的视重会大于物重。这种现象，叫超重。‎ 当物体超重时，因：F－mg＝ma，故：F＝m(g＋a)＞mg . 即：视重大于物重。‎ ‎2.失重：当物体具有向下的加速度时，即加速下降或减速上升时，物体的视重会小于物重。这种现象，叫失重。‎ 当物体失重时，因：mg－F＝ma, 故：F＝m(g－a)＜mg . 即：视重小于物重。‎ ‎3.完全失重：当物体具有向下的加速度g时，即物体自由下落时，物体的视重会等于零。这种现象叫完全失重。‎ 当物体完全失重时，因：mg－F＝mg,故F＝0. 即物体的视重消失。‎ ‎4.超重与失重只与加速度的方向有关，与速度的大小和方向均无关。‎ ‎5.超重不是重力增加，同样，失重也不是重力减小，完全失重更不是重力消失。在超重与失重的时候，物体的重力依然存在，且不变，只是物体对悬挂物的拉力或对支持物的压力发生了变化。‎ ‎【考题1】下列说法中正确的是( )．‎ A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态 C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 ‎【解析】 当加速度方向竖直向下时，物体处于失重状态；当加速度方向竖直向上时，物体处于超重状态．蹦床运动员在空中上升和下降的过程中加速度方向均竖直向下，且a＝g，为完全失重状态，所以B正确．而A、C、D中运动员均为平衡状态，F＝mg，既不超重也不失重．‎ ‎【答案】B ‎【变式1-1】游乐园中，乘客乘坐能加速或减速运动的升降机，可以体会超重或失重的感觉．下列描述中正确的是( )．‎ A. 当升降机加速上升时，游客处在失重状态 B. 当升降机减速下降时，游客处在超重状态 C．当升降机减速上升时，游客处在失重状态 D．当升降机加速下降时，游客处在超重状态 考点二 有关超重与失重的计算 核心内容 确定研究对象，分析受力情况和运动情况中的加速度方向，依牛顿第二定律列方程求解。‎ ‎【考题2】一质量为m＝‎40kg的小孩子站在电梯内的体重计上．电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0到6s内体重计示数F的变化如图20—2所示．试问：在这段时间内电梯上升的高度是多少?(重力加速度g取‎10m／s2)‎ ‎【解析】由图可知，在t＝0到t1＝2s的时间内，体重计的示数大于mg，故电梯应做向上的加速运动．设在这段时间内体重计作用于小孩的力为F1，电梯及小孩的加速度为a，，由牛顿第二定律，得：‎ F1—mg＝ma1 ①‎ 在这段时间内电梯上升的高度为：‎ ‎ ②‎ 在t1＝2ｓ到t2＝5s的时间内，体重计的示数等于mg，故电梯应做匀速上升运动，速度为t1时刻电梯的速度，即 ‎． ③‎ 在这段时间内电梯上升的高度为：‎ ‎ ④‎ 在t2＝5ｓ到t3=6s的时间内，体重计的示数小于mg，故电梯应做向上的减速 运动．设这段时间内体重计作用于小孩的力为F2，电梯及小孩的加速度为a2，由牛顿第二定律，得：‎ mg－F2=ma2． ⑤‎ 在这段时间内电梯上升的高度为：‎ ‎ ⑥‎ 电梯上升的总高度 ｈ＝h1＋h2＋h3． ⑦‎ 由以上各式，解得h＝‎‎9m ‎【变式2—1】为了研究超重与失重现象，某同学把一体重秤放在电梯的地板上，他站在体重秤上随电梯运动并观察体重秤示数的变化情况．下表记录了几个特定时刻体重秤的示数．(表内时间不表示先后顺序)若已知t0时刻电梯静止，则( )．‎ 时间 t0‎ t1‎ t2‎ t3‎ 体重计示数（kg）‎ ‎45.0‎ ‎50.0‎ ‎40.0‎ ‎45.0‎ A. t1和t2时刻该同学的质量并没有变化，但所受重力发生变化 B．t1和t2时刻电梯的加速度方向一定相反 C. t1和t2时刻电梯的加速度大小相等，运动方向不一定相反 D．t3时刻电梯可能向上运动 ‎【变式2—2】某人在以2．‎5m/s2的加速度下降的电梯里最多能举起‎80kg的物体，那么他在地面上最多能举起多少千克的物体?若此人在一匀加速上升的电梯中最多能举起‎40kg的物体，则电梯上升的加速度为多少?‎ 考点三 完全失重的现象分析 核心内容 完全失重是a＝g时的失重状态，物体仍然受重力，重力只产生使物体具有a＝g的加速度效果，而不再产生其它效果，“好像”物体不受重力一样。平常一切由重力产生的物理现象都会消失。‎ ‎【考题3】如图20－3所示，一个盛水的容器底部有一小孔．静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动．且忽略空气阻力，则( )．‎ A．容器自由下落时，小孔向下漏水 B．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水 C．将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水 D．将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水 ‎【解析】题中几种运动，对整体分析，都只受重力作用，运动加速度为g，方向向下，容器中的水处于完全失重，对容器底部无压力．故在底部的小孔处水不会漏出．‎ ‎ 【答察】D ‎【变式3—1】如图20-4所示，质量为m＝‎2kg的滑块．位于倾角为300的光滑斜面上．斜面固定在升降机内．起初使滑块相对于斜面静止．当升降机以加速度a运动时，能使滑块自由静止在斜面上的加速度的大小和方向应是(g取‎10m／s2)( )．‎ A．‎10m／s2，向上 B. 1Om／s2，向下 C. ，向上 D．不论a取任何值．均不能使得滑块相对斜面静止 考点四 超重和失重的拓展应用 核心内容 ‎1.物体不在竖直方向运动，但只要加速度在竖直方向有分量，物体就会处于超重或失重状态。‎ ‎2.当物体的加速度有竖直向下的分量时，物体处于失重状态；当物体的加速度有竖直向上的分量时，物体处于超重状态。‎ ‎【考题4】如图20—5所示，一质量为M的楔形木块放在水平桌面上，它的顶角为900，两底角为α和β；a、b为两个位于斜面上质量均为m的小木块．已知所有接触面都是光滑的．现发现a、b沿斜面下滑，而楔形木块静止不动，这时楔形木块对水平桌面的压力等于( )．‎ A. Mg＋mg B Mg＋2ｍg C．Mｇ十ｍg(sinα＋sinβ) Ｄ．Mｇ十mg(cosα＋cosβ)‎ ‎【解析】对a进行受力分析(如图20一6)，由牛顿第二定律得 ｍｇsinα＝ma1 　 　 ①‎ N1－ｍｇcosα＝0 ②‎ 同理，对b有 ｍｇsinβ＝ma2 ③‎ N2－ｍｇcosβ＝0 　　　　　　④‎ 对木块M进行受力分析(如图20一6)，在竖直方向上有：‎ Ｎ－Ｍｇ－N１sinβ－N2sinα＝0． ⑤‎ 又: α＋β＝900 ， ⑥‎ 联立方程①②③④⑤⑥得N＝Mg十mg．‎ 由牛顿第三定律知，木块对水平桌面的压力 N’＝Mg＋mg．‎ ‎【答案】 A ‎【变式4—1】如图20一7所示，斜面体M始终处于静止状态，当物体m沿斜面下滑时有( )．‎ ‎ A. 匀速下滑时，M对地面的压力等于 (M＋m)g B. 加速下滑时，M对地面的压力小于 (M＋m)g C．减速下滑时，M对地面的压力大于 (M＋m)g D．M对地面的压力始终等于(M＋ｍ)g 专 项 训 练 学考水平题 ‎1．[考点l]某同学从6楼乘电梯到1楼，电梯刚刚起动时( )．‎ A. 他受到的重力增大 B.他受到的重力减小 C．他对电梯地板的压力增大 D．他对电梯地板的压力减小 ‎2．[考点l]质量为m的人站在升降机内的磅秤上，升降机以加速度a在竖直方向上做匀变速直线运动，若人处于失重状态，则( )．‎ A. 升降机的加速度方向竖直向下 B．磅秤的示数减少撇 C．升降机一定向上运动 D．升降机一定向下运动 ‎3．[考点3]在完全失重状态下，下列仪器还能使用的是( )．‎ A. 天平 B.水银气压计 C．电流表 D．弹簧测力计 ‎4．[考点3] “神舟”六号载人飞船上，宇航员用湿纸巾“洗脸”而不能跟在地面上一样用水洗脸，这是为什么?‎ 高考水平题 ‎1．[考点2]一质量为m的人站在电梯中，电梯加速上升，加速度大小为g/3，g为重力加速度．人对电梯底部的压力为( )．‎ A． mg/3 B 2mg C．mg D．4mg/3‎ ‎2．[考点4]物体m静止在不动的斜面上，当斜面和物体一起竖直向上加速时，如图所示，则下列说法中正确的是( )．‎ A．物体m受到的斜面支持力增大 B．物体m受到的摩擦力增大 C．物体m受到的合力增大 D．物体m受到的重力增大 ‎3．[考点3]某同学找了一个用过的易拉罐做实验，他在靠近罐底的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水，再把它悬挂在电梯的天花板上．当电梯不动时，他移开手指，水就从洞中喷射出来；当电梯加速上升时，则下列现象中实际出现的是( )．‎ A．水继续以相同速率喷出 B．水将不再从孔中喷出 C．水以更大的速率喷出 D．水以较小的速率喷出 ‎4．[考点4]动物园的水平地面上放着一只质量为M的笼子，笼内有一只质量为m的猴子。当猴子以某一加速度沿竖直柱子加速向上爬时，笼子对地面的压力为F1；当猴子以同样大小的加速度沿竖直柱子加速下滑时，笼子对地面的压力为F2，如图所示．关于F1和F2的大小，下列判断中正确的是( )．‎ A．F1＝F2＞(M＋ｍ)g B．Fl＞(M＋ｍ)g，F2＜(M＋ｍ)g C．Fl＞F2＞(M＋ｍ)g D．Fl＜(M＋ｍ)g，F2＞(M＋ｍ)g ‎5．[考点2]质量为2kｇ的物体通过弹簧测力计挂在升降机的顶板上，升降机在竖直方向上运动时，弹簧测力计的示数为16N．当升降机的速度为‎3m/s时开始计时，经过ls，升降机的位移可能为( )．(ｇ取１‎０m／s2)‎ A．　 ‎8m 　　 Ｂ． ‎4m 　　Ｃ． ‎3m　　　 Ｄ． ‎‎2m ‎6．[考点l、3]直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子，如图所示．设投放初速度为零，箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比，且运动过程中箱子始终保持图示姿态．在箱子下落过程中，下列说法中正确的是( 　　　　 )．‎ A. 箱内物体对箱子底部始终没有压力 B．箱子刚从飞机上投下时，箱内物体受到的支持力最大 C．箱子接近地面时，箱内物体受到的支持力比刚投下时大 D．若下落距离足够长，箱内物体有可能不受底部支持力而“飘起来”‎ ‎7．[考点3]从“神舟”六号载人飞船的发射成功可以预见，随着航天员在轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节，下列器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是( )．‎ A．哑铃 B. 弹簧拉力器 C．单杠 D．跑步机 ‎8. [考点2]飞船降落过程中，在离地面高度为h处速度为v0，此时开动反冲火箭，使船开始做减速运动，最后落地时的速度减为u若把这一过程当作匀减速运动来计算，则其加速度的大小等于 ．已知地球表面处的重力加速度为g，航天员的质量为m，在这过程中航天员对坐椅的压力等于 ．‎ ‎9．[考点2、3]我国挑选了11名优秀飞行员作为“神舟”五号飞船的首批宇航员，他们参加了“低重力模拟试验”，他们先将飞机飞到高空后，让飞机自由下落，模拟一种无重力环境，每次可获得25s的零重力状态，进行不受引力影响的太空环境训练．接着，宇航员进行超重试验，宇航员最大可以承受的支持力为重力的两倍．若飞机最后离地面高度不得低于‎500m，则飞机开始飞行的高度至少为多少米?(g取‎10m/s2)‎ ‎10．[考点2、3] “蹦极跳”是一种获得强烈超、失重感觉的非常刺激的惊险娱乐运动项目：人处在离沟底水面上方二十多层楼的高处(或悬崖上)，用橡皮绳拴住身体，让人自由落下，落到一定位置时弹性绳拉紧，设人体立即做匀减速运动,到接近水面时刚好减速到零，然后再反弹．已知某“勇敢者”头戴重量50N的安全帽，开始下落时的高度为‎76m，设计的系统使人落到离水面‎28m时弹性绳才绷紧，则当他落到离水面高‎50m左右位置时，戴着安全帽的头顶感觉如何?当他落到离水面‎15m左右的位置时，头下脚上，则其颈都要用多大的力才能拉住安全帽?(g取‎10m／s2)‎