【物理】2019届一轮复习人教版牛顿运动定律的应用之超重与失重问题学案

【物理】2019届一轮复习人教版牛顿运动定律的应用之超重与失重问题学案

专题06 牛顿运动定律的应用之超重与失重问题 重难讲练 ‎1．实重与视重 ‎(1)实重：物体实际所受重力．物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化．‎ ‎(2)视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测力计或台秤的示数叫做物体的视重．当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重．‎ ‎2．产生超重的原因 当物体具有竖直向上的加速度a时，支持物对物体的支持力(或悬绳的拉力)为F.由牛顿第二定律可得：F－mg＝ma.所以F＝m(g＋a)>mg.由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)F′>mg.‎ ‎3．超重的动力学特点 超重加速度方向向上(或有向上的分量)．‎ ‎4．对失重现象的理解 ‎(1)从力的角度看：失重时物体受到竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面(或台秤)的支持力小于重力，好像重力变小了，正是由于这样，把这种现象定义为“失重”．‎ ‎(2)从加速度的角度看：根据牛顿第二定律，处于失重状态的物体的加速度方向向下(a≤g，如图)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据．‎ ‎ (3)从速度的角度看：只要加速度向下物体就处于失重状态，其速度可以向上也可以向下．常见的失重状态有两种：加速向下或减速向上运动．‎ ‎5．对完全失重的理解：物体处于完全失重状态(a＝g)时，重力全部产生加速度，不再产生压力(如图)，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液柱不再产生压强等．‎ ‎6. 判断超重和失重的方法 从受力的 角度判断 当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态 从加速度的 角度判断 当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；具有向下的加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度(a＝g)时，物体处于完全失重状态 从速度变化的角度判断 ‎①物体向上加速或向下减速时，超重 ‎②物体向下加速或向上减速时，失重 ‎【典例1】伦敦奥运会开幕式的弹跳高跷表演中，一名质量为m的演员穿着这种高跷从距地面H 高处由静止落下，与水平地面撞击后反弹上升到距地面高h处。假设弹跳高跷对演员的作用力类似于弹簧的弹力，演员和弹跳高跷始终在竖直方向运动，不考虑空气阻力的影响，则该演员(　　)‎ A.在向下运动的过程中始终处于失重状态 B.在向上运动的过程中始终处于超重状态 C.在向下运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态 D.在向上运动的过程中先处于失重状态后处于超重状态 ‎【答案】　C 选项D错误。‎ ‎【典例2】一个质量50 kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量mA＝5 kg的物体A，当升降机向上运动时，人看到弹簧测力计的示数为40 N，如图所示，g取10 m/s2，求此时人对地板的压力．‎ ‎【答案】　400 N，方向向下 ‎【解析】　依题意可知，弹簧测力计读数为40 N，而物体A的重力G＝mAg＝50 N，显然弹簧测力计的读数小于物体的重力，即视重小于实重，物体A处于失重状态．由于人和A以及升降机三者具有相同的加速度，因此人也处于失重状态．‎ 以A为研究对象，受力分析如图甲所示．‎ 由牛顿第二定律得 mAg－T＝mAa ‎　　　‎ 甲　　　　　　　　乙 所以a＝＝ m/s2＝2 m/s2，方向向下，人的受力如图乙所示．‎ 由牛顿第三定律可得，人对地板的压力为400 N，方向向下．‎ ‎【典例3】（2019届宁夏银川一中高三第二次月考）‎ 若货物随升降机运动的vt图象如图所示 (竖直向上为正)，则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图象可能是( ) ‎ A． B． ‎ C． D． ‎ ‎【答案】B ‎【解析】根据速度时间图线可知，货物先向下做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得，mg-F=ma，解得F=mg-ma＜mg，然后做匀速直线运动，F=mg，然后向下做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得，F-mg=ma，解得F=mg+ma＞mg，然后向上做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得，F-mg=ma，解得F=mg+ma＞mg，然后做匀速直线运动，F=mg，最后向上做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得，mg-F=ma，解得F=mg-ma＜mg．故B正确，ACD错误。故选B. ‎ ‎【跟踪训练】‎ ‎1.下列说法中正确的是(　　)‎ A．只有正在向上运动的物体，才有可能处于超重状态 B．超重就是物体所受的重力增大 C．物体处于超重状态时，地球对它的引力变大 D．超重时物体所受的重力不变 ‎【答案】　D ‎【解析】　只要物体加速度方向向上，物体就处于超重状态，物体也可能向下做减速运动，故A错误．超重时物体的重力不变，地球对物体的吸引力也不变，故B、C错误，D正确．‎ ‎2. 某人在地面上最多可举起50 kg 的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60 kg的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g＝10 m/s2)(　　)‎ A.2 m/s2　竖直向上 B. m/s2　竖直向上 C.2 m/s2　竖直向下 D. m/s2　竖直向下 ‎【答案】　D ‎ 3.(多选)在升降机内，一人站在磅秤上，发现自己的体重减轻了20 ，则下列判断可能正确的是(g取10 m/s2) (　　)‎ A．升降机以8 m/s2的加速度加速上升 B．升降机以2 m/s2的加速度加速下降 C．升降机以2 m/s2的加速度减速上升 D．升降机以8 m/s2的加速度减速下降 ‎【答案】　BC ‎【解析】　人发现体重减轻，说明人处于失重状态，加速度向下，由mg－N＝ma，N＝80 mg，故a＝0.2 g＝2 m/s2，方向向下．升降机可能加速下降，也可能减速上升，故B、C正确．‎ ‎4. 如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)．下列说法正确的是(　　)‎ A．在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B．上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C．下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D．在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力 ‎【答案】　A ‎【解析】　以A、B作为整体，上升过程只受重力作用，所以系统的加速度为g，方向竖直向下，故系统处于完全失重状态，A、B之间无弹力作用，A正确，B错误．下降过程，A、B仍是处于完全失重状态，A、B之间也无弹力作用，C、D错误．‎ ‎5．“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空p点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止悬吊时的位置，人在从p点下落到最低点c点的过程中，下列说法错误的是（ ）‎ A． 在pa段做自由落体运动，处于完全失重状态 B． 在ab段绳的拉力小于人的重力，处于失重状态 C． 在bc段绳的拉力大于人的重力，处于超重状态 D． 在c点，速度为零，处于平衡状态 ‎【答案】D 小于人的重力，故合力是向下的，加速度是向下的，故在ab段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态，所以B正确；‎ C项：因为b是人静止地悬吊着时的平衡位置，故此点弹性绳的弹力等于物体的重力，故在此点之后，弹力大于人的重力，故合力是向上的，加速度是向上的，故在ab段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态，所以C正确；‎ D项：c是人所到达的最低点，故速度为零．但是c点的弹力最大，故物体向上的加速度达到最大，所以D错误，符合题意。‎ 故应选D。‎ ‎6．一兴趣小组做了一次实验，实验时让某同学从桌子上跳下，自由下落H后双脚触地，他顺势弯曲双腿，他的重心又下降了h后停住，利用传感器和计算机显示该同学受到地面的支持力F随时间变化的图象如图所示。根据图象提供的信息，以下判断正确的是(　　)‎ A． 在0至t2时间内该同学处于失重状态 B． t2时刻该同学的加速度为零 C． t3时刻该同学的速度达到最大 D． 在t3至t4时间内该同学处于超重状态 ‎【答案】ABD ‎【解析】在0到t2时间内，支持力的大小小于重力，加速度方向向下，所以该同学处于失重状态，A正确；在t2时刻，支持力的大小等于重力，加速度为0，速度达到最大，B正确，C错误；在t3到t4时间内，支持力的大小大于重力，加速度方向向上，所以该同学处于超重状态，D正确；故选项ABD.‎ ‎7. 在升降的电梯内的水平地面上放一体重计，电梯静止时，吴力同学站在体重计上，体重计的示数为60 kg，电梯运动时，某一段时间吴力同学发现体重计的示数为72 kg，在这段时间内下列说法正确的是(　　)‎ A.吴力同学所受的重力变大了 B.吴力同学对体重计的压力大于体重计对他的支持力 C.电梯的加速度大小为g，方向一定竖直向上 D.电梯的运动方向一定竖直向上 ‎【答案】　C 加速度向上，电梯可能加速上升，也可能减速下降，选项D错误。‎ ‎8. 质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？(g取10 m/s2)‎ ‎ (1)升降机匀速上升；‎ ‎(2)升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升；‎ ‎【答案】　(1)600 N　(2)840 N ‎【解析】　以人为研究对象受力分析如图所示：‎ ‎(1)匀速上升时a＝0，所以N－mg＝0‎ N＝mg＝600 N.‎ 据牛顿第三定律知 N′＝N＝600 N.‎ 据牛顿第三定律知：‎ N′＝N＝840 N.‎ 模拟提升 ‎1．（2019届甘肃省酒泉市敦煌中学高三二诊）‎ 下列关于超重、失重现象的说法正确的是（　　）‎ A． 汽车驶过拱形桥顶端时处于失重状态，此时质量没变，重力减小了 B． 荡秋千的小孩通过最低点时处于失重状态，此时拉力小于重力 C． 宇航员在飞船内处于完全失重状态，而正在进行太空行走的宇航员在飞船外则处于平衡状态 D． 电梯加速上升时，电梯中的人处于超重状态，受到的支持力大于重力 ‎【答案】D ‎【解析】A、汽车驶过拱形桥顶端时有竖直向下的加速度，处于失重状态，此时质量没变，重力不变，故A错误；‎ B、荡秋千时秋千摆到最低位置时，加速度方向向上，故人处于超重状态，故B错误；‎ C、无论宇航员在舱内或是在舱外，都随着飞船一起做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，所以不是处于平衡状态，故C错误；‎ D、电梯加速上升时，加速度向上，处在电梯中的人处于超重状态，受到的支持力大于重力，故D正确；‎ 故选D。‎ ‎2．（2019届北京市中国人民大学附属中学高三上10月月考）‎ 如图 所示，某同学站在体重计上观察超重与失重现象。由稳定的站姿变化到稳定 的蹲姿称为“下蹲”过程；由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程。她稳定站 立时，体重计的示数为 A0，关于实验现象，下列说法正确的是 ‎ A． “起立”过程中，体重计的示数一直大于 A0‎ B． “起立”过程中，先出现失重现象后出现超重现象 C． “起立”、“下蹲”过程，都能出现体重计的示数大于 A0 的现象 D． “起立”、“下蹲”过程，都能出现体重计的示数小于 A0 的现象 ‎【答案】CD 出现体重计的示数小于 A0的现象；故CD正确，AB错误。故选CD。‎ ‎3．（2019届河北省忠德学校衡水教学部高三上第一次月考）‎ 图中A为磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为，为铁片，质量为，整个装置用轻绳悬挂于O点.当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力的大小为 （ ）‎ A． B． ‎ C． D． ‎ ‎【答案】D ‎【解析】当电磁铁通电前，绳的拉力应为，当电磁铁通电后，铁片被吸引上升，铁片被吸引，‎ 大小相等、方向相反，且作用在两个不同的物体上，所以，绳的拉力大于（M+m）g．所以选项D正确，ABC错误。‎ ‎4．（2019届云南省师范大学附属中学高三上第二次月考）‎ 实验小组利用DS系统,观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验,某次实验得到电梯内一物体的v-t图象如图所示,取竖直向上为正方向,下列说法错误的是 A． 物体在前38内的位移约为2.3m B． 在0≤t<3s这段时间内,电梯内的物体处于超重状态 C． 在3s≤t≤8s这段时间内,电梯内物体的速度和加速度都在减小 D． 在3s

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