1、4.7 用牛顿运动定律解决问题(二) 目标定位 1.知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件判断超重、失 重现象.2.能从动力学角度理解自由落体运动和竖直上抛运动 一、超重与失重 1超重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现 象，称为超重现象 2失重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现 象，称为失重现象 如果物体对支持物、悬挂物完全没有作用力的，这时物体正好以大小等于 g，方向竖直向下的加速度运动，此时物体处于完全失重状态 想一想： 有人说：“在很高的山顶上，物体所受的重力要小于它在平地上所受的重 力，这种现象也是失重！”这种说法正确吗？ 答案 不
2、正确，这不是失重失重的本质是重力不变，而“视重”增大或 减小在很高的山上，物体所受的重力减小，是由于地球对它的吸引力减小 了 二、从动力学看自由落体运动 物体做自由落体运动有两个条件：第一，物体是从静止开始下落的，即运 动的初速度为零；第二，运动过程中它只受重力的作用根据牛顿第二定律 mgma，所以 ag，方向竖直向下 想一想： 自由落体运动的物体是处于失重还是超重状态呢？ 答案 完全失重；自由下落的物体只受到重力作用，对支持物或悬挂物的 拉力完全没有力的作用. 一、对超重和失重的理解 1实重：物体实际所受的重力物体所受重力不会因物体运动状态的改变 而变化 2视重：当物体在竖直方向上有加速度时
3、，物体对弹簧测力计的拉力或对 台秤的压力将不等于物体的重力，此时弹簧测力计或台秤的示数叫物体的视 重 3判断物体超重与失重的方法 (1)从受力的角度判断： 超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力 失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力 (2)从加速度的角度判断： 当物体的加速度方向向上(或加速度有竖直向上的分量)时，处于超重状 态 根据牛顿第二定律有：F Nmgma，此时 FNmg，即处于超重状态 当物体的加速度方向向下(或加速度有竖直向下的分量)时，处于失重状 态 根据牛顿第二定律有：mgF Nma，此时 FNmg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能 加速向上运动或减速
4、向下运动；t 2t 3，Fmg，可能静止或匀速运动； t3t 4，Fmg，电梯具有向下的加速度，物块处于失重状态，可能做加速向下 或减速向上运动综上分析可知，B、C 正确 答案 BC 4. 图 486 为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯无人乘行时，扶梯运转 得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转一顾客乘扶梯上楼， 恰好经历了这两个过程，如图 486 所示那么下列说法中正确的是( ) A顾客始终受到三个力的作用 B顾客始终处于超重状态 C顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下 D顾客对扶梯作用力的方向先指向右下方，再竖直向下 解析 加速时顾客受到三个力作用：重力、支持
5、力、摩擦力；匀速时受两 个力：重力、支持力，A、B 错误；如图所示， 加速时，摩擦力方向向右，与支持力的合力，即扶梯对顾客的作用力指向 右上方，根据牛顿第三定律，顾客对扶梯的作用力方向指向左下方；匀速时， 顾客不受摩擦力作用，支持力等于重力，即顾客对扶梯的压力方向竖直向下， C 正确， D 错误 答案 C 5在探究超重和失重规律时，某体重为 G 的同学站在一压力传感器上完 成一次下蹲和起立的动作传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力 F 随时间 f 变化的图象，则下列图象中可能正确的是( ) 答案 D 题组二 对完全失重现象的理解 图 487 6如图 487 所示，一木箱内装一铁球，木箱的
6、内宽与高恰好与铁球的直径 相等，当木箱自由下落时，下列说法正确的是( ) A不计空气阻力时，铁球对木箱下壁有压力 B不计空气阻力时，铁球对木箱上壁有压力 C有空气阻力时，铁球对木箱上壁有压力 D有空气阻力时，铁球对木箱下壁有压力 解析 若不计空气阻力，整体只受到重力作用，加速度为 g，隔离铁球， 可知铁球只受重力作用，对木箱上、下壁均无压力，A、B 错误；若受到空气阻 力，整体加速度将小于 g，隔离铁球，分析受力可知，铁球要受到向上的作用 力，其加速度才会小于 g，由此可知铁球受到下壁的支持力，C 错误，D 正 确 答案 D 7某同学找了一个用过的易拉罐，在靠近底部的侧面打了一个小孔用手 指按
7、住小孔的同时往罐里装满水，然后将易拉罐向上抛出，运动过程中罐底始 终向下，空气阻力不计( ) A在易拉罐上升过程中，小孔中有水射出，水射出比罐静止时慢 B在易拉罐下降过程中，小孔中有水射出，水射出比罐静止时快 C在易拉罐上升、下降过程中，小孔中射出水的快慢都和罐静止时相同 D在易拉罐上升、下降过程中，水都不会从小孔中射出 解析 易拉罐在上升和下降过程中均处于完全失重状态，水对易拉罐没有 力的作用，不会流出 答案 D 图 488 8如图 488 所示，A、B 两物块叠放在一起，当把 A、B 两物块同时竖直 向上抛出( ) AA 的加速度小于 g BB 的加速度大于 g CA、B 的加速度均为 g
8、 DA、B 间的弹力为零 解析 先整体，整体受到重力作用，加速度为 g，然后隔离任一物体，可 知物体只能受到重力作用加速度才是 g，所以两物体间没有相互作用力 答案 CD 题组三 与超重和失重有关问题的计算 图 489 9如图 489 所示，电梯的顶部挂有一个弹簧测力计，其下端挂了一个重物， 电梯匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为 10 N，在某时刻电梯中的人观察到 弹簧测力计的示数变为 8 N，关于电梯的运动，以下说法正确的是 (g 取 10 m/s2) ( ) A电梯可能向上加速运动，加速度大小为 2 m/s2 B电梯可能向下加速运动，加速度大小为 2 m/s2 C电梯可能向上减速运动，加
9、速度大小为 2 m/s2 D电梯可能向下减速运动，加速度大小为 2 m/s2 解析 由电梯做匀速直线运动时弹簧测力计的示数为 10 N，可知重物的重 力为 10 N，质量为 1 kg；当弹簧测力计的示数变为 8 N 时，则重物受到的合力 为 2 N，方向竖直向下，由牛顿第二定律得物体产生向下的加速度，大小为 2 m/s2，因没有明确电梯的运动方向，故电梯可能向下加速，也可能向上减速， 故选 B、C . 答案 BC 10在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重 计上，体重计示数为 50 kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重 计示数如图 4810 所示，在这段时间
10、内下列说法中正确的是( ) 图 4810 A晓敏同学所受的重力变小了 B晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力 C电梯一定在竖直向下运动 D电梯的加速度大小为 ，方向一定竖直向下 g5 解析 晓敏在这段时间内处于失重状态，是由于晓敏对体重计的压力变小 了，而晓敏的重力没有改变，A 错；晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支 持力是一对作用力与反作用力，大小一定相等，B 错；以竖直向下为正方向， 有：mgF ma，即 50g40g50a，解得 a ，方向竖直向下，但速度方向 g5 可能是竖直向上，也可能是竖直向下，C 错，D 正确 答案 D 图 4811 11美国宇航局计划 2025 年前载人
11、登陆小行星，图 4811 为畅想登陆小行 星的宇航员为训练宇航员能在失重状态下工作和生活，需要创造一种失重的 环境在地球表面附近，当飞机模拟只在重力作用下运动时，就可以在飞机座 舱内实现短时间的完全失重状态现要求一架飞机在速度大小为 v1500 m/s 时 进入失重状态试验，在速度大小为 v21 000 m/s 时退出失重状态试验重力加 速度为 g10 m/s 2，下列说法正确的是( ) A飞机可以模拟向上的加速运动 B飞机可以模拟向下的减速运动 C如果是竖直上抛运动，可计算失重时间是 150 s D如果是竖直下抛运动可计算失重时间是 50 s 解析 当飞机做加速度的大小为重力加速度 g，方向
12、竖直向下的匀加速运 动时，座舱内的人便处于完全失重状态这种运动可以是飞机模拟无阻力下的 竖直下抛运动或竖直上抛运动；如果是竖直上抛运动，可计算时间是 t 150 s，如果是竖直下抛运动可计算时间是 t 50 v2 （ v1）g v2 v1g s，C、D 正确 答案 CD 12一个质量是 60 kg 的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一 个弹簧秤，弹簧秤下面挂着一个质量为 m5 kg 的物体 A，当升降机向上运动 时，他看到弹簧秤的示数为 40 N，g 取 10m/s2，求： (1)此时升降机的加速度的大小； (2)此时人对地板的压力 解析 (1)弹簧秤对物体的拉力 T40 N， 对物体
13、由牛顿第二定律可得：Tmgma 解得：a m/s22 m/s 2 T mgm 40 5105 故升降机加速度大小为 2 m/s2，方向竖直向下 (2)设地板对人的支持力为 N， 对人由牛顿第二定律可得：NMgMa 解得：NMgMa6010 N60(2) N480 N. 由牛顿第三定律可得人对地板的压力为 480 N 答案 (1)2 m /s2 (2)480 N 13在电梯中，把一重物置于水平台秤上，台秤与力传感器相连，电梯先 从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上 显示出其所受的压力与时间的关系(F Nt)图象，如图 4812 所示，则 图 4812 (1)电梯在启动阶段经历了_s 加速上升过程 (2)电梯的最大加速度是多少？(g 取 10 m/s2) 解析 (1)由题图可知：电梯在启动阶段经历了 4 s 加速上升过程 (2)由牛顿第二定律可知：F Nmgma am m/s26.7 m/s 2. FNm mgm 50 303 答案 (1)4 (2)6.7 m/s2
