第三单元牛顿运动定律课时3 牛顿运动定律的综合应用见《自学听讲》P41 1.超重(1)定义:物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。
(2)超重的特点:物体具有竖直向上的加速度。
2.失重(1)定义:物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。
(2)失重的特点:物体具有竖直向下的加速度。
3.完全失重(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零的状态。
(2)完全失重的特点:加速度a=g,方向竖直向下。
1.(2018宁夏银川开学检测)关于失重与超重,下列实例中的说法正确的是( )。
A.游泳运动员仰卧在水面静止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.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态B2.(2018安徽合肥一模)合肥市滨湖游乐场里有一种大型娱乐器械,可以让人体验超重和失重。
其环形座舱套在竖直柱子上,先由升降机送上70多米的高处,然后让座舱由静止无动力落下,落到离地30米高的位置时,制动系统启动,座舱做减速运动,到地面时刚好停下。
若舱中某乘客重力为500 N。
不计空气阻力,则下列说法正确的是( )。
A.当座舱落到离地面45米高的位置时,该乘客对座位的压力为0B.当座舱落到离地面45米高的位置时,座位对该乘客有支持力C.当座舱落到离地面20米高的位置时,该乘客对座位的压力为0D.当座舱落到离地面20米高的位置时,座位对该乘客的支持力小于500 NA1.(2018浙江4月选考,8)如图所示,小芳在体重计上完成下蹲动作,下列F-t图象能反应体重计示数随时间变化的是( )。
对人的运动过程分析可知,人下蹲的过程可以分成两段:人在加速下蹲的过程中,有向下的加速度,,此时人对传感器的压力小于人的重力;在减速下蹲的过程中,加速度方向向上,处于超重状态,此时人对传感器的压力大于人的重力,故C项正确,A、B、D三项错误。
C2.(2018全国卷Ⅲ,19)(多选)地下矿井中的矿石装在矿车中,用电机通过竖井运送到地面。
某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示,其中图线①②分别描述两次不同的提升过程,它们变速阶段加速度的大小都相同;两次提升的高度相同,提升的质量相等。
不考虑摩擦阻力和空气阻力。
对于第①次和第②次提升过程,( )。
A.矿车上升所用的时间之比为4∶5B.电机的最大牵引力之比为2∶1C.电机输出的最大功率之比为2∶1D.电机所做的功之比为4∶5设第②次所用时间为t ,速度图线与时间轴所围面积等于位移(此题中为提升的高度),由互补法可知,×t 0×=(t-2t 0)×v 0,解得t=,所以第①次和第②次提升过程所用时间之比为2t 0∶=4∶5,A 项正确。
12v 02125t 025t 02由于两次提升变速阶段的加速度大小相同,在匀加速阶段,由牛顿第二定律有F-mg=ma ,可得提升的最大牵引力之比为1∶1,B 项错误。
由功率公式P=Fv 知,电机输出的最大功率之比等于最大速度之比,为2∶1,C 项正确。
根据动能定理,电机做功W=mgh ,两次提升高度相同,两次做功相同,D 项错误。
AC见《自学听讲》P42一超重和失重 特征 状态 加速度视重(F )与重力的关系运动情况受力图超重向上F=m (g+a )>mg 向上加速运动,向下减速运动失重向下F=m (g-a )<mg 向下加速运动,向上减速运动完全失重a=g ,向下F=0自由落体运动、抛体运动、正常运行的卫星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,,直至将物体抛出。
对此现象分析正确的有( )。
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物体由静止开始向上运动的过程中,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,应减速向上,物体处于失重状态,故A 、B 两项错误;在物体离开手的瞬间,物体只受重力,此时物体的加速度等于重力加速度,C 项错误;手和物体分离之前速度相同,分离之后手的速度的变化量比物体速度的变化量大,物体离开手的瞬间,手的加速度大于重力加速度,D 项正确。
D如图所示,某发射系统内有一木箱,木箱内有一竖直放置的轻质弹簧,弹簧上方有一物块,木箱,上表面压力传感器的示数为12.0 N ,下表面压力传感器的示数为20.0 N 。
当系统竖直向上发射时,上表面压力传感器示数变为下表面压力传感器示数的一半,重力加速度g 取10 m/s 2,此时木箱的加速度为( )。
A.10.0 m/s 2B.5.0 m/s 2C.2.5 m/s 2D.条件不足,无法确定木箱静止时,对弹簧和木块整体进行受力分析,受重力、上方传感器向下的压力F 1,下方传感器向上的支持力F N1,根据平衡条件,有F 1+G=F N1,解得G=(20-12)N =8 N ,弹簧重力不计,故物体所受重力为8 N ,即木箱的质量m==0.8 kg ;对物体受力分析,受重力、弹簧的弹力F 2和上方传感器向下的压力F 1,根据平衡条件,有G g G+F 1=F 2,解得F 2=20 N ;当系统竖直向上发射时,弹簧弹力不变,仍为20 N ,设上表面传感器的示数为F ,则下表面传感器的示数为2F ,对物体分析有20 N -F-G=ma ;对整体分析有2F-G-F=ma ,联立解得F=10 N ,a=2.5 m/s 2,C 项正确。
C二牛顿第二定律与图象的综合 如何分析动力学的图象问题(1)分清图象的类别,即分清横、纵坐标所代表的物理量,明确其物理意义,掌握物理图象所反映的物理过程,会分析临界点。
(2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义。
例如图线与横、纵坐标的交点,图线的转折点,两图线的交点等。
(3)明确能从图象中获得哪些信息:把图象与具体的题意、情景结合起来,应用物理规律列出与图象对应的函数方程式,进而明确“图象与公式”“图象与物体”间的关系,以便对有关物理问题做出准确判断。
(多选)如图甲所示,一物块在t=0时刻滑上一固定斜面,其运动的v-t 图线如图乙所示。
若重力加速度及图中的v 0、v 1、t 1均为已知量,则可求出( )。
A.斜面的倾角B.物块的质量C.物块与斜面间的动摩擦因数D.物块沿斜面向上滑行的最大高度由v-t 图象可知,物块沿斜面向上滑行时的加速度大小a=,根据牛顿第二定律得mg sin v 0t 1θ+μmg cos θ=ma ,即g sin θ+μg cos θ=。
同理向下滑行时g sin θ-μg cos θ=,两式联立解得sin θ=v 0t 1v 1t 1,μ=,可见能计算出斜面的倾角θ以及动摩擦因数,A 、C 两项正确;物块滑上斜面时的初速度v 0v 0+v 12gt 1v 0-v 12gt 1cos θ已知,向上滑行过程为匀减速直线运动,末速度为0,那么平均速度为,所以物块沿斜面向上滑行的最远距离v 02x=t 1,根据斜面的倾斜角度可计算出向上滑行的最大高度h=x sin θ=t 1·=,D 项正确;仅根v 02v 02v 0+v 12gt 1v 0(v 0+v 1)4g 据v-t 图象无法求出物块的质量,B 项错误。
ACD 三整体法与隔离法解决连接体问题 1.连接体的类型(1)弹簧连接体(2)物物叠放连接体(3)轻绳连接体(4)轻杆连接体2.连接体的运动特点轻绳——轻绳在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度一定相等。
轻杆——轻杆平动时,连接体具有相同的平动速度;轻杆转动时,连接体具有相同的角速度,而线速度与转动半径成正比。
轻弹簧——在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速度不一定相等;在弹簧形变量最大时,两端连接体的速率相等。
3.处理连接体问题的方法整体法的选取原则若连接体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,可以把它们看成一个整体,分析整体受到的外力,应用牛顿第二定律求出加速度或其他未知量隔离法的选取原则若连接体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内两物体之间的作用力时,就需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解整体法、隔离法的交替运用若连接体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”在倾角为30°的光滑斜面上,有一个箱子,箱内有一个斜面,在斜面上放置一个重为60 N的球,如图甲所示,当箱子在斜面上下滑时,球对箱子后壁和箱内斜面的压力大小分别是( )。
(g=10m/s2,sin53°=0.8,cos 53°=0.6)甲A.40 N,30 NB.30 N,50 NN,50 N D.50 N,60 N3333对箱子和球整体分析,根据牛顿第二定律,有(M+m)g sin 30°=(M+m)a,解得a=g sin 30°=5 m/s2;再隔离球受力分析,如图乙所示,在平行斜面方向,有mg sin 30°+F N1-F N2sin 53°=ma,在垂直斜面方向,有mg cos 30°-F N2cos 53°=0,联立解得F N1=40 N,F N2=50 N;根据牛顿第三定律知,球对箱子后壁的压力大小为4033N,对箱内斜面的压力大小为50 N,故C项正确。
33乙C(多选)“双十一”期间,智能仓储机器人在仓库运作的情景被广泛报道。
如图所示,一个智能仓储机器人搬运着A、B、C三个快递包裹,三者质量相同,在移动过程中A、B、C与机器人没有发生相对运动,则下列说法中正确的是( )。
A.机器人在扫描二维码时,采用了传感器技术B.如果机器人向右做匀速直线运动,B受到2个力的作用C.如果机器人向右做匀减速直线运动,C受到向右的摩擦力D.如果机器人向右做匀减速直线运动,机器人对A的摩擦力是B对C的摩擦力的3倍机器人在扫描二维码时,拍摄过程采用了光学传感器,A项正确;若机器人向右做匀速直线运动,B受对B的支持力和C对B的压力,共三个力作用,B项错误;若机器人向右做匀减速直线运动,即加速度方向向左,则C受到向左的摩擦力,C项错误;若机器人向右做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律,对物体C有f BC=ma,对A、B、C整体有f'=3ma,所以机器人对A的摩擦力大小是B对C的摩擦力大小的3倍,D项正确。
