（北京版）2021高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 第2讲 两类动力学问题 超重和失重课件

第2讲两类动力学问题超重和失重知识梳理一、两类动力学问题1.动力学的两类基本问题(1)由受力情况分析判断物体的①运动情况;(2)由运动情况分析判断物体的②受力情况。2.解决两类基本问题的方法:以③加速度为桥梁,由运动学公式和④牛顿第二定律列方程求解。二、超重和失重1.超重:当物体的加速度方向①向上时,物体对悬挂物的拉力或支撑物的压力②大于自身重力。2.失重:当物体的加速度方向③向下时,物体对悬挂物的拉力或支撑物的压力④小于自身重力。3.完全失重:当物体竖直向下且加速度大小等于⑤重力加速度g时,物体对悬挂物的拉力或支撑物的压力为零。 1.一个原来静止的物体放在光滑水平面上,质量是7kg,受到14N的水平恒力作用,则5s末的速度及5s内通过的路程为 (C)A.8m/s25mB.2m/s25mC.10m/s25mD.10m/s12.5m解析物体由静止开始在恒力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动。由牛顿第二定律和运动学公式得a= = m/s2=2m/s2v=at=2×5m/s=10m/sx= at2= ×2×25m=25m。Fm14712122.人站在电梯中随电梯一起运动。下列过程中人处于超重状态的是 (A)A.电梯加速上升B.电梯加速下降C.电梯匀速上升D.电梯匀速下降解析电梯无论匀速上升还是匀速下降,加速度都等于0,选项C、D错。电梯加速上升,加速度竖直向上,为超重状态,电梯加速下降,加速度竖直向下,为失重状态,选项A对B错。3.射击时枪筒固定,燃气推动子弹加速运动。如果把子弹在枪筒中的运动看做匀加速直线运动,子弹的加速度a=5×105m/s2,质量m=1×10-2kg,枪筒长x=0.64m,阻力不计。求子弹:(1)射出枪口时速度的大小v;(2)所受推力的大小F。答案(1)8×102m/s(2)5×103N解析(1)根据匀变速运动学公式有v2=2ax,代入相关数据可得v=8×102m/s。(2)根据牛顿第二定律有F=ma,代入相关数据可得F=5×103N。4.质量为2kg的物体在水平恒力F=4N的作用下由静止开始沿水平面运动,经时间2s后撤去外力F,物体又经时间4s后重新静止。求:(1)物体所受阻力大小;(2)该过程物体发生的总位移大小。答案(1) N(2)8m43解析(1)以物体为研究对象分析受力,根据牛顿第二定律得F-f=ma1f=ma2a1t1=a2t2联立解得f= N,a1= m/s2,a2= m/s2(2)根据v=at得知撤去外力时的速度v= m/s,根据平均速度公式可知物体的总位移大小x= t= (t1+t2)=8m43432383v2v5.(2019石景山期末)如图所示,一质量m=2kg的木箱静止在粗糙水平面上。从t=0开始,木箱受到F=10N、与水平面的夹角为θ=37°的恒定拉力,沿水平面匀加速运动。已知木箱与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。 (1)画出木箱受力的示意图;(2)求木箱的加速度a的大小;(3)求0~2s时间内,木箱位移x的大小。答案(1)见解析(2)2.6m/s2(3)5.2m解析(1)木箱受力如图所示(2)竖直方向:FN+Fsinθ-mg=0水平方向:Fcosθ-f=ma摩擦力f=μFN'=μFN解得加速度a=2.6m/s2(3)根据匀变速直线运动规律,x= at2解得x=5.2m12深化拓展考点一两类动力学问题解决两类动力学问题的一般思路  1-1如图所示,一个质量m=10kg的物体放在水平地面上。对物体施加一个F=50N的拉力,使物体做初速度为零的匀加速直线运动。已知拉力与水平方向的夹角θ=37°,物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.50,sin37°=0.60,cos37°=0.80,取重力加速度g=10m/s2。(1)求物体运动的加速度大小;(2)求物体在2.0s末的瞬时速率;(3)若在2.0s末撤去拉力F,求此后物体沿水平地面可滑行的最大距离。 答案(1)0.50m/s2(2)1.0m/s(3)0.10m解析(1)设物体所受摩擦力为f,支持力为N根据牛顿第三定律,物体对水平地面的正压力N'=N则有f=μN'根据牛顿第二定律对物体有水平方向Fcosθ-f=ma竖直方向N+Fsinθ=mg解得a=0.50m/s2(2)根据运动学公式v=at=1.0m/s(3)设撤去拉力后物体滑行的最大距离为x根据动能定理-μmgx=0- mv2解得x=0.10m121-2如图所示,一质量m=0.4kg的小物块,以v0=2m/s的初速度,在与斜面成某一夹角的拉力F作用下,沿斜面向上做匀加速运动,经t=2s的时间物块由A点运动到B点,A、B之间的距离L=10m。已知斜面倾角θ=30°,过程中斜面始终保持静止,物块与斜面之间的动摩擦因数μ= 。重力加速度g取10m/s2。(1)求物块加速度的大小及到达B点时速度的大小。(2)拉力F与斜面夹角多大时,拉力F最小?拉力F的最小值是多少? 33答案(1)3m/s28m/s(2)30° N1335解析(1)设物块加速度的大小为a,到达B点时速度的大小为v,由运动学公式得L=v0t+ at2v=v0+at得a=3m/s2v=8m/s(2)设物块所受支持力为FN,所受摩擦力为Ff,拉力与斜面间的夹角为α,受力分析如图所示,由牛顿第二定律得12 Fcosα-mgsinθ-Ff=maFsinα+FN-mgcosθ=0又Ff=μFN'=μFN得F= 由数学知识得(sincos)cossinmgθμθmaαμαcosα+ sinα= sin(60°+α)可知对应F最小时与斜面间的夹角α=30°F的最小值为Fmin= N332331335考点二超重和失重 超重现象失重现象完全失重现象产生条件物体的加速度方向竖直向上或有竖直向上的分量物体的加速度方向竖直向下或有竖直向下的分量物体在竖直方向的加速度向下,大小等于g列竖直方向原理式F-mg=maF=m(g+a)mg-F=maF=m(g-a)mg-F=maF=0运动状态加速上升、减速下降加速下降、减速上升无阻力的抛体运动情况视重FmgFmgF=0mg2-1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是 (D)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解析物体由静止开始向上运动时,物体和手掌先一起加速向上,物体处于超重状态,之后物体和手掌分离前,应减速向上,物体处于失重状态,故A、B均错误。当物体和手分离时,二者速度相同,又因均做减速运动,故分离条件为a手a物,分离瞬间物体的加速度等于重力加速度,则手的加速度大于重力加速度,选项D正确,C错误。2-2(2020东城期末)在竖直运动的电梯地板上放置一台秤,将物体放在台秤上。电梯静止时台秤示数为N。在电梯运动的某段过程中,台秤示数大于N。在此过程中 (D)A.物体受到的重力增大B.物体处于失重状态C.电梯可能正在加速下降D.电梯可能正在加速上升2-3(2020西城期末)为了研究超重和失重现象,某同学站在力传感器上做“下蹲”和“站起”的动作,力传感器将采集到的数据输入计算机,可以绘制出压力随时间变化的图线。某次实验获得的图线如图所示,a、b、c为图线上的三点,有关图线的说法可能正确的是 (A) A.a→b→c为一次“下蹲”过程B.a→b→c为一次“站起”过程C.a→b为“下蹲”过程,b→c为“站起”过程D.a→b为“站起”过程,b→c为“下蹲”过程考点三动力学中的图像问题牛顿第二定律与图像结合的综合问题是高考的重点和热点,动力学中常见的图像有a-F、a- 、F-t、v-t、x-t图像等,解答这类问题时,要抓住图像的斜率、截距、面积、交点、拐点等信息,明确因变量与自变量的制约关系,明确物理量的变化趋势,进而分析清楚物理过程,写出相应的函数关系式,再结合牛顿第二定律和运动学公式分析解决问题。 1m3-1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图像如图所示。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。答案(1)0.2(2)6N(3)46m解析(1)设物体做匀减速直线运动的时间为Δt2、初速度为v20、末速度为v2t、加速度大小为a2,则a2= =2m/s2设物体所受的摩擦力为Ff,根据牛顿第二定律,有Ff=ma2Ff=μmg解得μ= =0.2(2)设物体做匀加速直线运动的时间为Δt1、初速度为v10、末速度为v1t、2202|-|Δtvvt2ag度大小为a1,则a1= =1m/s2根据牛顿第二定律,有F-Ff=ma1解得F=μmg+ma1=6N(3)解法一由匀变速直线运动位移公式,得1101-Δtvvtx=x1+x2=v10Δt1+ a1Δ +v20Δt2- a2Δ =46m解法二根据v-t图像中图线与t轴所围的面积表示位移,得x= m+ ×4×8m=46m1221t1222t(28)62123-2一个物块置于粗糙的水平地面上,受到的水平拉力F随时间t变化的关系如图(a)所示,速度v随时间t变化的关系如图(b)所示。取g=10m/s2,求:(1)1s末物块所受摩擦力的大小Ff1;(2)物块在前6s内的位移大小x;(3)物块与水平地面间的动摩擦因数μ。 答案(1)4N(2)12m(3)0.4解析(1)从题图分析可知,当t=1s时,Ff1=F1=4N(2)由题图(b)知物块在前6s内的位移大小x= m=12m(3)从题图(b)中可以看出,在t=2s至t=4s的过程中,物块做匀加速直线运动,加速度大小为a= = m/s2=2m/s2(24)42ΔΔvt42由牛顿第二定律得F2-μmg=ma又由题图可知F3=Ff3=μmg所以m= = kg=2kgμ= = =0.423-FFa12-823Fmg8N210N