第3讲牛顿运动定律的应用超重与失重

杭州树兰2013高一学案1第3讲牛顿运动定律的应用超重与失重一、牛顿运动定律在动力学问题中的应用1．运用牛顿运动定律解决的动力学问题常常可以分为两种类型（两类动力学基本问题）：（1）已知情况，要求情况．如物体运动的位移、速度及时间等．（2）已知情况，要求情况（求力的大小和方向）．但不管哪种类型，一般总是先根据已知条件求出物体运动的加速度，然后再由此得出问题的答案．两类动力学基本问题的解题思路图解如下：可见，不论求解那一类问题，求解加速度是解题的桥梁和纽带，是顺利求解的关键。点评：我们遇到的问题中，物体受力情况一般不变，即受恒力作用，物体做匀变速直线运动，故常用的运动学公式为匀变速直线运动公式，如2/2,2,21,0202200ttttvvvtsvasvvattvsatvv等.2．应用牛顿运动定律解题的一般步骤（1）认真分析题意，明确和，搞清所求问题的类型。（2）选取研究对象.所选取的研究对象可以是，也可以是几.同一题目，根据题意和解题需要也可以先后选取的研究对象。（3）分析研究对象的情况和情况。（4）当研究对象所受的外力不在一条直线上时：如果物体只受两个力，可以用求其合力；如果物体受力较多，一般把它们到两个方向上去分别求合力；如果物体做直线运动，一般把各个力分解到和方向上。（5）根据牛顿第二定律和运动学公式列方程，物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式，按代数和进行运算。（6）求解方程，检验结果，必要时对结果进行讨论。【例题18】一斜面AB长为10m，倾角为30°，一质量为2kg的小物体（大小不计）从斜面顶端A点由静止开始下滑，如图所示（g取10m/s2）（1）若斜面与物体间的动摩擦因数为0.5，求小物体下滑到斜面底端B点时的速度及所用时间．（2）若给小物体一个沿斜面向下的初速度，恰能沿斜面匀速下滑，则小物体与斜面间的动摩擦因数μ是多少?牛顿第二定律加速度a运动学公式运动情况第一类问题受力情况加速度a另一类问题牛顿第二定律运动学公式杭州树兰2013高一学案2【例题19】如图所示，一高度为h=0.8m粗糙的水平面在B点处与一倾角为θ=30°光滑的斜面BC连接，一小滑块从水平面上的A点以v0=3m/s的速度在粗糙的水平面上向右运动。运动到B点时小滑块恰能沿光滑斜面下滑。已知AB间的距离s=5m，求：（1）小滑块与水平面间的动摩擦因数；（2）小滑块从A点运动到地面所需的时间；【例题20】静止在水平地面上的物体的质量为2kg，在水平恒力F推动下开始运动，4s末它的速度达到4m/s，此时将F撤去，又经6s物体停下来，如果物体与地面的动摩擦因数不变，求F的大小。【例题21】如图所示，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球，开始时小球在杆的顶端，由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的21，即a=21g，则小球在下滑的过程中，木箱对杭州树兰2013高一学案3地面的压力为多少？二、超重、失重和视重1．超重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）物体所受重力的情况称为超重现象。产生超重现象的条件是物体具有的加速度。与物体速度的大小和方向无关。产生超重现象的原因：当物体具有的加速度a（向上加速运动或向下减速运动）时，支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）为F，由牛顿第二定律得所以F＝m（g＋a）mg由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）F′mg.2．失重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）物体所受重力的情况称为失重现象。产生失重现象的条件是物体具有的加速度，与物体速度的大小和方向无关.产生失重现象的原因：当物体具有的加速度a（向下加速运动或向上做减速运动）时，支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）为F。由牛顿第二定律，所以由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）F′mg.完全失重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于的状态，叫做完全失重状态.产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于时，就产生完全失重现象。注意：（1）在地球表面附近，无论物体处于什么状态，其本身的重力G＝mg始终不变。超重时，物体所受的拉力（或支持力）与重力的合力方向向上，测力计的示数大于物体的重力；失重时，物体所受的拉力（或支持力）与重力的合力方向向下，测力计的示数小于物体的重力.可见，在失重、超重现象中，物体所受的重力始终不变，只是测力计的示数（又称视重）发生了变化，好像物体的重量有所增大或减小。（2）发生超重和失重现象，只决定于物体在竖直方向上的加速度。物体具有向上的加速度时，处于超重状态；物体具有向下的加速度时，处于失重状态；当物体竖直向下的加速度为重力加速度时，处于完全失重状态.超重、失重与物体的运动方向无关。针对训练：1．如图所示，质量为M的框架放在水平地面上，一轻弹簧上端固定一个质量为m的小球，小球上下振动时，框架始终没有跳起。当框架对地面压力为零瞬间，小球的加速度大小为A.gB.mmMgC.0D.mmMg2．如图所示，A、B两小球分别连在弹簧两端，B端用细线固定在倾角为30°的光滑斜面上，若不计弹簧质量，在线被剪断瞬间，A、B两球的加速度分别为A．都等于2gB．2g和0杭州树兰2013高一学案4C．2gMMMBBA和0D．0和2gMMMBBA3．.如图，质量为m的物体A放置在质量为M的物体B上，B与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐振动，振动过程中A、B之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B间摩擦力的大小等于A．0B．kｘC．（Mm）kｘD．（mMm）kｘ4．质量为m的物块B与地面的动摩擦因数为μ，A的质量为2m与地面间的摩擦不计。在已知水平推力F的作用下，A、B做匀加速直线运动，A对B的作用力为____________。5．质量为60kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？（1）升降机匀速上升（2）升降机以4m/s2的加速度上升（3）升降机以5m/s2的加速度下降（4）升降机以重力加速度g加速下降（5）以加速度a=12m/s2加速下降6．（1999年广东）A的质量m1=4m，B的质量m2=m，斜面固定在水平地面上。开始时将B按在地面上不动，然后放手，让A沿斜面下滑而B上升。A与斜面无摩擦，如图，设当A沿斜面下滑s距离后，细线突然断了。求B上升的最大高度H。7．质量为200kg的物体，置于升降机内的台秤上，从静止开始上升。运动过程中台秤的示数F与时间t的关系如图所示，求升降机在7s钟内上升的高度（取g＝10m/s2）8．空间探测器从某一星球表面竖直升空。已知探测器质量为1500Kg，发动机推动力为恒力。探测器升空后发动机因故障突然关闭，图6是探测器从升空到落回星球表面的速度随时间变化的图线，则由图象可判断该探测器在星球表面达到的最大高度Hm为多少m？发动机的推动力F为多少N？