【高考调研】2014届高考物理一轮复习 3-5超重和失重 连接体问题课件

超重和失重连接体问题一、超重和失重1．在平衡状态时，物体对水平支持物的压力(或对竖直悬绳的拉力)大小①________物体的重力．此时支持力或竖直悬绳的拉力作用只平衡物体的重力．2．超重当物体的②________方向向上时，它对悬挂物(如悬绳，弹簧秤)的拉力或对支持面的压力③________实际重力的现象叫超重．3．失重当物体的④________方向向下时，它对悬挂物的拉力或对支持面的压力⑤________实际重力叫失重．完全失重：物体向下的加速度⑥________时，它对悬挂物或支持面的压力等于零的现象叫完全失重，它是失重现象中的一个特例．【重点提示】对超重和失重的理解应当注意以下几点：(1)物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化．(2)发生超重或失重现象与物体的速度无关，只决定于加速度的方向．(3)在完全失重的状态下，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、液体柱不再产生向下的压强等．二、连接体问题——研究对象的选取1．隔离法的选取适用情况：系统内各物体的加速度不相同，或需要求物体之间的作用力．(系统内力)2．整体法的选取适用情况：若系统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．(系统外力)自我校对①等于②加速度③大于④加速度⑤小于⑥等于重力加速度一、整体法与隔离法的应用规律方法1．隔离法的适用条件(1)系统内各物体加速度不相同．(2)求系统内物体间的相互作用力(内力)．2．整体法的适用条件(1)系统内各物体有相同的加速度．(2)求系统(看作一个质点)受到的外力．3．整体法、隔离法交替运用原则若系统内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，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“先整体求加速度，后隔离求内力”．例1(2012·大连测试)如图所示，质量均为m的两个木块P、Q叠放在水平地面上，P、Q接触面的倾角为θ，现在Q上加一水平推力F，使P、Q保持相对静止一起向左做加速直线运动，下列说法正确的是()A．Q对地面的压力一定为2mgB．若Q与地面间的动摩擦因数为μ，则μ＝F2mgC．若P、Q之间光滑，则加速度a＝gtanθD．若运动中逐渐减小F，则地面与Q间的摩擦力也逐渐减小【解析】木块P、Q组成的整体竖直方向受力平衡，所以地面对Q的支持力为2mg，由牛顿第三定律可知，Q对地面的压力为2mg，选项A正确；由Ff＝μFN可知μ＝FfFN＝Ff2mg，因为两木块一起做加速运动，所以FFf，选项B错误；若P、Q间光滑，则P受力如图所示，P所受合力FP＝mgtanθ，因整体无相对运动，P的加速度与整体加速度相同，即a＝gtanθ，选项C正确；地面与Q间的滑动摩擦力只与地面和Q间的动摩擦因数及Q对地面的压力有关，与推力F无关，选项D错误．【答案】AC题后反思(1)某方向受的力，只能改变该方向的运动状态，也就是水平方向推力只能改变水平方向的运动状态，但不会影响竖直方向的平衡状态，这是由力的独立作用原理决定的．(2)对加速度相同的连续体，研究确定外力时，应以整体为研究对象，也可以求出整体的加速度，当不能由整体求出加速度时，再采用隔离法，由某个受力已知的物体求出加速度，因此整体法、隔离法常常交叉使用．跟踪训练1如图所示，劲度系数为k的轻质弹簧一端与墙固定，另一端与倾角为θ的斜面体小车连接，小车置于光滑水平面上．在小车上叠放一个物体，已知小车的质量为M，物体的质量为m，小车位于O点时，整个系统处于平衡状态．现将小车从O点拉到B点，令OB＝b，无初速度释放后，小车即在水平面上来回运动，而物体和小车之间始终没有相对运动．求：(1)小车运动到B点时的加速度大小和物体所受到的摩擦力大小；(2)b的大小必须满足什么条件，才能使小车和物体一起运动的过程中，在某一位置时，物体和小车之间的摩擦力为零．诱思启导(1)物体和小车始终具有相同的加速度，在B点，系统(物体和小车)在水平方向受的外力能确定吗？(2)物体m的加速度是水平方向的．当Ff＝0时，m受的合力应是水平向右的(由重力mg、支持力FN合成)，小车应在O点左侧还是右侧？【解析】(1)所求的加速度a和摩擦力f分别是小车和物体在B点时的瞬时值．取小车、物体和弹簧组成的系统为研究对象．由牛顿第二定律，得kb＝(M＋m)a解得a＝kbM＋m取物体为研究对象，在沿斜面方向，有f－mgsinθ＝macosθ则f＝mgsinθ＋mkbM＋mcosθ＝m(gsinθ＋kbM＋mcosθ)(2)当摩擦力f＝0时，重力mg与支持力FN的合力应是水平向右的，故小车应在O点左侧，弹簧对车产生向右的弹力，设此时小车的加速度变为a′，小车到O点的距离为b′，取物体为研究对象，则mgtanθ＝ma′取小车、物体和弹簧组成的系统为研究对象，则kb′＝(M＋m)a′上述两式联立得b′＝1k(M＋m)gtanθ即b≥1k(M＋m)gtanθ【答案】(1)m(gsinθ＋kbM＋mcosθ)(2)b≥1k(M＋m)gtanθ二、超重和失重规律方法1．发生超重或失重现象与物体的速度无关，只决定于加速度的方向．所以发生超重时，物体可能向上加速或向下减速(加速度方向都向上)；发生失重时，物体向下加速或向上减速(加速度方向向下)．2．利用超重(加速度方向向上)或失重(加速度方向向下)产生的现象，可以对问题做出快速判断．(1)发生超重时，物体对悬挂物(绳或弹簧秤等)的拉力或对支持面的压力大于重力．(2)发生失重时，物体对悬挂物的拉力或对支持面的压力小于重力(a＜g)或完全消失(a＝g时)．(3)在已知物体对悬挂物的拉力或对支持面的压力大于或小于重力时，判知物体的运动情况．(4)实际上，只要物体的加速度在竖直方向有分量，就会产生超重或失重现象．物体的实际加速度方向并不一定沿竖直方向．另外，超重和失重的对象可以是一个物体，也可以是一个系统．例2关于超重、失重现象，以下说法正确的是()A．电梯匀速上升，乘客处于超重状态B．宇宙飞船着陆接近地面时，处于失重状态C．飞船绕地球沿椭圆轨道运动，远离地球时处于超重状态，接近地球时处于失重状态D．荡秋千摆到最低点位置时，人处于超重状态【解析】判断一个物体是处于超重状态还是失重状态，只需要考虑该物体的加速度方向．当物体的加速度方向竖直向下或存在竖直向下的分量时(相对地球)，该物体就处于失重状态；反之，当物体的加速度方向竖直向上或存在竖直向上的分量时，就处于超重状态．A中物体的加速度为0，既不是超重状态也不是失重状态．B中飞船接近地面时要减速，加速度向上，处于超重状态．C中飞船远离地球和接近地球时，受的万有引力总是指向地球的，加速度方向总指向地球(向下)即都是处于失重状态的．D中秋千摆到最低位置时，加速度(向心加速度)方向指向圆弧的中心，即竖直向上，处于超重状态．D选项正确．答案D题后反思(1)判断物体处于超重还是失重状态，必须从加速度方向入手判断，跟运动方向(速度方向)无关，跟运动轨迹(直线或曲线)也无关．(2)超重现象的实质是悬绳拉力或水平面支持力除了平衡重力外，还要产生向上的加速度，故拉力(或支持力)大于重力；而失重的实质是重力除了对悬绳(或支持面)产生拉力或压力外，还要产生向下的加速度，故拉力或压力小于重力．跟踪训练2(2011·上海)如图，在水平面上的箱子内，带异种电荷的小球a、b用绝缘细线分别系于上、下两边，处于静止状态．地面受到的压力为N，球b所受细线的拉力为F.剪断连接球b的细线后，在球b上升过程中地面受到的压力()A．小于NB．等于NC．等于N＋FD．大于N＋F诱思启导以a、b球和箱子整体为研究对象，b上升过程中，整体的加速度也就是b球的加速度，方向向上，整体处于失重还是超重？【解析】法一：利用超重和失重判断对a、b及箱子整体而言，因b向上加速，故整体的加速度方向向上，整体处于超重状态，箱子对地的压力应大于整体的重力mg＋mag＋mbg＝N，选项A、B错．b上升的加速度越来越大，超重越来越严重，则选项C错误(因N＋F为定值)，选项D正确．法二：利用整体、隔离法计算剪断连接球b的细线后，b球会向上加速，造成两球之间的静电力F电增大，剪断前由整体法，有N＝Mg＋mag＋mbg.隔离法，有F电＝mbg＋F.剪断细线后对a和箱子这一整体，有N′＝Mg＋mag＋F′电，因F′电F电＝mbg＋F，故N′N＋F，选项D正确．【答案】D