1、【 精品教育资源文库 】 第三讲 牛顿运动定律的应用 超重和失重 连接体 一 超重和失重 1.超重 (1)定义：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 (2)产生条件：物体具有 向上 的加速度 2失重 (1)定义：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 (2)产生条件：物体具有 向下 的加速度 3完全失重 (1)定义：物体对支持物的压力 (或对竖直悬挂物的拉力 )等于零 的现象称为完全失重现象 (2)产生条件：物体的加速度 a g，方向竖直向下 4为了研究超重、失重现象，李 明在电梯里放了一台台秤如图所示设李明的质量为50 kg， g
2、取 10 m/s2 当电梯以 a 2 m/s2的加速度匀加速上升和匀减速上升时，台秤的示数分别为多少？ 当电梯以 a 2 m/s2的加速度匀加速下降和匀减速下降时，台秤的示数分别为多少？ 从以上例子中归纳总结：什么情况下会发生超重现象，什么情况下会发生失重现象？ 提示： 匀加速上升时 FN mg ma， FN 600 N 匀减速上升时 mg FN ma， FN 400 N 匀加速下降时： mg FN ma， FN 400 N 匀减速下降时： FN mg ma， FN 600 N 物体具有向上的加速度 (加速上升或减速下降 )发生超重现象；物体具有向下的加速度(加速下降或减速上升 )发生失重现象
3、 . 二 连接体 1.两个或两个以上的物体相互连接参与运动的系统称为 连接体 2对加速度相同的连接体求解的一般方法：整体法求 加速度 ，隔离法求物体间的 相互【 精品教育资源文库 】 作用力 .两种方法互相配合交替应用，常能更有效地解决有关连接体的问题 3如图所示， A、 B 两物体质量分别为 mA、 mB，紧靠着放在光滑水平面上 现用水平力 F 推 A，则 A、 B 间的相互作用力 FN的大小是多少？ 提示 ： a FmA mB， FN mBa mBFmA mB 若用水平力 F 推 B，则 A、 B 间的相互作用力 FN的大小是多少？ 提示： a FmA mB， FN mAa mAFmA
4、mB 若 A、 B 的质量相同，如图所示如果它们分别受到水平推力 F1和 F2，且 F1 F2，则A 施于 B 的作用力的大小是多少？ 提示： a F1 F2m m ， FN F2 ma.解得 FN 12(F1 F2) 三 临界和极值问题 1.若题目中出现 “ 最大 ”“ 最小 ”“ 刚好 ” 等词语，常为临界问题解决临界问题一般用极端分析法，即把问题推向极端，分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件，应用物理规律列出在极端情况下的方程，从而找出临界条件 2几种典型的临界和极值问题 接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离的临界条件是弹力 FN 0 相对静止或相对滑动的临界条件：两物体相接触
5、且处于相对静止时，常存在着静摩擦力，相对静止或相对滑动的临界条件为静摩擦力达到最大值或为零 绳子断裂与松弛的临界条件：绳子所能承受的张力是有限的，绳子断与不断 的临界条件是张力等于它所能承受的最大张力，绳子松弛的临界条件是 FT 0 3一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动，小球通过细绳与车顶相连小球某时刻正处于如图所示状态设斜面对小球的支持力为 FN，细绳对小球的拉力为 FT 小车怎样运动，可使 FN 0? 小车怎样运动，可使 FT 0? 提示： 小车向右加速或向左减速运动时，可使 FN 0 小车向左加速或向右减速运动时，可得 FT 0 4如图，质量 mA 4 kg 和 mB 2 kg 的物
6、体叠放在一起放在光滑的水平面上， A、 B 间【 精品教育资源文库 】 的滑动摩擦因数 0.2.现对 B 施加一水平力 F，要使 A、 B 不发生相对滑动， F 的最大值是多少？若把水平力作用在 A 上呢？ 提示： F 作用在 B 上时， F (mA mB)a，对 A： m Ag mAa.解得 F 12 N 若 F 作用在 A 上， F (mA mB)a ，对 B： m Ag mBa. 解得 F 6 N 1判断正误 (1)加速上升的物体处于超重状态 ( ) (2)物体处于超重或失重状态时其重力并没有发生变化 ( ) (3)根据物体处于超重或失重状态，可以判断物体运动的速度方向 ( ) (4)
7、物体处于超重或失重状态，完全由物体加速度的 方向决定，与速度方向无关 ( ) (5)整体法和隔离法是指选取研究对象的方法 ( ) 答案： (1) (2) (3) (4) (5) 2 (人教必修 2P89第 2 题改编 )金属小桶侧面有一小孔 A，当桶内盛水时，水会从小孔 A中流出，如果让装满水的小桶自由下落，不计空气阻力，则在小桶自由下落过程中 ( ) A水继续以相同的速度从小孔中喷出 B水不再从小孔喷出 C水将以更大的速度喷出 D水将以较小的速度喷出 答案： B 3实验小组利用 DIS 系统 (数字化信息实验系统 )，观察超重和失重现象他们在 学校电梯房内做实验，在电梯天花板上固定一个压力传
8、感器，测量挂钩向下，并在钩上悬挂一个重为 10 N 的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上出现如图所示图线，根据图线分析可知下列说法正确的是 ( ) A从时刻 t1到 t2，钩码处于失重状态，从时刻 t3到 t4，钩码处于超重状态 B t1到 t2时间内，电梯一定在向下运动， t3到 t4时间内，电梯可能正在向上运动 【 精品教育资源文库 】 C t1到 t4时间内，电梯可能先加速向下，接着匀速向下，再减速向下 D t1到 t4时间内，电梯可能先加速向上，接着匀速向上，再减速向上 答案： AC 4 (多选 )如图所示，在水平桌面上有 M、 m 两个物块，现用恒力 F 推物块 m，使 M、
9、m两物块在桌上一起向右加速，则 ( ) A若桌面光滑， M、 m 间的相互作用力为 mFM m B若桌面光滑， M、 m 间的相互作用力为 MFM m C若桌面与 M、 m 的动摩擦因数均为 ， M、 m 间的相互作用力为 MFM m Mg D若桌面与 M、 m 的动摩擦因数均为 ， M、 m 间的相互作用力为 MFM m 答案： BD 考点一 超重和失重 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
10、向下的加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态 从速度变化 的角度判断 物体向上加速或向下减速时，超重 物体向下加速或向上减速时，失重 (多选 )如图所示，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块，木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上若在 某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A加速下降 B加速上升 C减速上升 D减速下降 解析： 选 BD 木箱静止时物块对箱顶有压力，则物块受到箱顶向下的压力当物块对箱顶刚好无压力时，表明系统处于超重状态，有向上的加速度，属于超重，木箱的运动状
11、态可能为加速上升或减速下降，选项 BD 正确 对超重和失重现象的分析，应属牛顿运动定律的应用变，只是对支持物的压力变了，而物体的重力是不变的 如图，一金属块被压缩弹簧卡在矩形箱子顶部，在箱子上顶 板和下底板上分别装有压力传感器，当箱子 静止时，上、下两只压力传感器的示数分别为 6 N 和 10 N，则当箱子自由下落时，上、下两只传感器的示数分别是 ( ) A 10 N 10 N B 6 N 10 N C 0 0 D 6 N 6 N 解析： 选 A 设上、下两只压力传感器的示数分别为 F1、 F2 对 m： mg F1 F2 0，解得 m 0.4 kg 当箱子自由下落时，弹簧的长度不变，则下底传
12、感器的示数 F2 F2 10 N，此时 F1 mg F2 ma mg，则 F1 10 N 1 (2017 南京 、盐城一模 )(多选 )如图所示，蹦床运动员从空中落到床面上，运动员从接触床面下降到最低点为第一过程，从最低点上升到离开床面为第二过程，运动员 ( ) A在第一过程中始终处于失重状态 B在第二过程中始终处于超重状态 C在第一过程中先处于失重状态，后处于超重状态 D在第二过程中先处于超重状态， 后处于失重状态 解析： 选 CD 运动员刚接触床面时，重力大于弹力，运动员向下做加速运动，运动员【 精品教育资源文库 】 处于失重状态；当弹力增大到等于重力时速度最大；继续下降，弹力大于重力，
13、做减速运动，运动员处于超重状态即在第一过程中先 处于失重状态，后处于超重状态，选项 A 错误， C正确在第二过程中先向上加速运动，处于超重状态，后减速向上运动，处于失重状态，选项 B 错误， D 正确 2 (2018 渭南质检 )(多选 )弹簧测力计挂在升降机的顶板上，下端挂一质量为 2 kg的物体当升降机在竖直方向运动时，弹簧测力计的示数始终是 16 N如果从升降机的速度大小为 3 m/s 时开始计时，则经过 1 s升降机的位移大小可能是 (g 取 10 m/s2)( ) A 3 m B 5 m C 2 m D 4 m 解析： 选 CD 对物体进行受力分析，受向下的重力和向 上的弹簧弹力，加
14、速度 a mg F弹m 2 m/s2，方向向下，升降机初速度大小为 3 m/s，方向可能向下，也可能向上，所以在 1 s内的位移有两种情况：向下加速 x1 v0t 12at2 4 m；向上减速 x2 v0t 12at2 2 m，故选 C、D 考点二 连接体问题 1.连接体问题的类型 物物连接体、轻杆连接体、弹簧连接体、轻绳连接体 2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， 分析整体受到的合外力应用牛顿第二定律求出加速度 (或其他未知量 ) 3隔离法的选取原则 若连接体内各物体的加速度不相同，或者要求出系统内各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 4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
