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第六节 超重与失重
基础集训(时间:5分钟;难度:易)
一.重力
1.重力G= 在地球表面附近,物体的重力可看作不变
2.受力分析 分析研究对象受到的力,即研究对象是该力的 物体,而不是
物体
本节知识清单
二.共点力的平衡条件
1 平衡状态 如果一个物体在力的作用下保持① 或② 状态,我们就说这个物体处于平衡状态
2 共点力作用下的平衡条件是③ 即Fx=0 Fy=0
三。超重和失重。
1超重.
定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)④ 物体所受重力的现象。产生条件:物体具有⑤ 加速度(选填“向上”或“向下”)
2.失重:
定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)⑥ 物体所受重力的现象。产生条件:物体具有⑦ 加速度(选填“向上”或“向下”)
3.完全失重。
定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)⑧ 的现象。产生条件:a=g 方向⑨ 。
四 从运动学、动力学角度看自由落体运动。
1.自由落体运动的运动学特征:自由落体运动是初速度为零的 运动
2.自由落体运动的动力学特征:由于物体在自由落体运动时所受重力是恒力,由牛顿第二定律可知物体下落的加速度 (选填“恒定”或”改变”}
答案:mg 受力 施力
①静止 ②匀速运动 ③ 合力为零 ④大于 ⑤向上 ⑥小于 ⑦向下 ⑧为零
⑨竖直向下 匀加速直线 恒定
能力提升集训(时间:30分钟;难度:易)
题组一:超重失重
1 . 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
2 . 升降机地板上放着一个弹簧秤,盘中放一质量为m的物体,当秤的读数为0.8mg时,升降机的运动可能是
A.加速上升 B.加速下降 C.匀速上升 D.匀速下降
3 . . 关于电梯地板上的物体,其受力分析正确的是
A.电梯加速向上运动时,物体所受支持力大于重力
B.电梯减速向上运动时,物体所受支持力大于重力
C.电梯加速向下运动时,物体所受支持力小于重力
D.电梯减速向下运动时,物体所受支持力小于重力
4 . 用手水平托着一本书做如下几种运动,假定各种情形中加速度大小都相等,且书与手保持相对静止,则书对手的作用力最大的情况是
A.竖直向上匀加速运动 B.竖直向上匀减速运动
C.竖直向下匀加速运动 D.沿水平方向匀加速运动
5 . 关于超重与失重的说法中,下列说法中正确的是()
A.超重就是物体的重力增加了 B.失重就是物体的重力减少了
C.完全失重就是物体不受重力 D.完全失重的物体的加速度等于重力加速度
题组二 利用牛顿定律处理连接体问题
1 . 质量为的物体2放在正沿水平直轨道向右行驶的车厢水平底板上,并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为的物体1,与物体1相连接的绳与竖直方向稳定成θ角,则( )
A.车厢的加速度为gsin θ B.水平底板对物体2的支持力为(m2-m1)g
C.绳对物体1的拉力为 D.物体2所受底板的摩擦力为0
2 . 如图所示,质量为m的物体放在斜面体上,在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中,物体始终与斜面体保持相对静止,则斜面体对物体的摩擦力和支持力分别为(重力加速度为g)
A.
B.
C.
D.
3 . 如右图所示,在一粗糙水平面上有两个质量分别为和的木块1和2,中间用一原长为L、劲度系数为k的轻弹簧连接起来,木块与地面间的滑动摩擦因数为.现用一水平力向右拉木块2,当两木块一起匀速运动时两木块之间的距离是( )
A. B. C. D.
题组三 传送带问题
1 . 如图所示,足够长的水平传送带以的速度匀速运行,时刻,在左端轻放一质量为m的小滑块,已知滑块与传送带之间的动慷擦因数,重力加速度,则时滑块的速度为
A. B. C. D.0,
2 . 如图所示,物块M在静止的传送带上以速度v匀速下滑时,传送带突然启动,方向如图中箭头所示,若传送带的速度大小也为v,则传送带启动后( )
A.M受到的摩擦力不变 B.M相对地面静止
C.M下滑的速度减小 D.若传送带足够长,M可能沿带面向上运动
3. 如图所示,水平传送带A、B两端相距x=8m,以v0=4m/s的速度(始终保持不变)顺时针运转,今将一小煤块(可视为质点)无初速度地轻放至A端,已知煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,取重力加速度大小g=10m/s2,求:
煤块到A运动到B的时间;
综合运用(时间:10分钟;难度:易)
1 . 从地面以一定的速度竖直向上抛出一小球,小球从抛出点上升到最高点所用时间为 ,从最高点下落到抛出点所用时间为t2。若空气用力的作用不能忽略,则对于t1与t2大小的关系,下列列断中正确的是( )
A.t1=t2 B.t1< t2 C.t1> t2 D.无法定t1, t2哪个较大
2 . 如图所示,质量为m1=2 kg的物体A经跨过定滑轮的轻绳与质量为M=5 kg的箱子B相连,箱子底板上放一质量为m2=1 kg的物体C,不计定滑轮的质量和一切阻力,在箱子加速下落的过程中,取g=10 m/s2,下列正确的是( )
A.轻绳对定滑轮的作用力大小为80 N
B.物体A处于失重状态,加速度大小为10 m/s2
C.物体A处于超重状态,加速度大小为20 m/s2
D.物体C处于失重状态,对箱子的压力大小为5 N
3 . 直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子,如图所示.设投放初速度为零,箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比,且运动过程中箱子始终保持图示姿态.在箱子下落过程中,下列说法正确的是
A.加速下落时,箱内物体对箱子底部的压力逐渐变大
B.箱子刚从飞机上投下时,箱内物体受到的支持力最大
C.箱子接近地面时,箱内物体受到的支持力可能为0
D.若下落距离足够长,箱内物体有可能做减速运动
4 .如图 3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
参考答案
能力提升集训 题组一:超重失重
1.D 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;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;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;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;
2.B 升降机的地板上放一个弹簧秤,秤盘上放一个质量为m的物体,当秤的读数为0.8mg时,由于磅秤的示数是通过物体对磅秤的压力产生的,所以物体对磅秤的压力变小,物体处于失重状态,所以应该有向下的加速度,那么此时的运动可能是向下加速运动,也可能是向上减速运动;故选B.
3 AC 若物体加速向上运动,加速度向上;则由牛顿第二定律可知:;故F;支持力大于重力,故A正确;若减速向上运动,则加速度向下,则由牛顿第二定律可知:;故F;支持力小于重力,故B错误;电梯加速向下时,加速度向下,则由牛顿第二定律可知:;故F;支持力小于重力,故C正确;电梯减速向下运动时,加速度向上,则由牛顿第二定律可知:;故F;支持力大于重力,故D错误。所以AC正确,BD错误。
4.A 书对手的作用力最大的情况是书超重的情况下,即加速度向上,与速度的方向无关,故A正确。故选A。
5.D 超重是物体对接触面的压力大于物体的真实重力,物体的重力并没有增加,A错误;失重是物体对接触面的压力小于物体的真实重力,物体的重力并没有减小,B错误;完全失重是说物体对接触面的压力为零的时候,由重力产生加速度,故物体的加速度等于重力加速度,此时物体的重力也不变,C错误,D正确。故选D。
题组二 利用牛顿定律处理连接体问题
1.C 以物体1为研究对象,重力m1g和拉力T,根据牛顿第二定律:m1gtanθ=m1a,得a=gtanθ,则车厢的加速度也为gtanθ,选项A错误。对1的拉力为.故A错误、C正确;
对物体2研究,分析受力如图2,根据牛顿第二定律得:N=m2g-T=m2g-;f=m2a=m2gtanθ.故BD错误。故选C。
2.A 对物体受力分析,受重力、支持力、摩擦力(沿斜面向上),向右匀加速,故合力大小为ma,方向水平向右,受力分析图如图所示:
采用正交分解法,在平行斜面方向,有:,在垂直斜面方向,有:,联立得:
A正确,BCD错误;选A.
3.C 试题分析:对木块1研究.木块1受到重力、弹簧的拉力、地面的支持力和摩擦力.根据平衡条件弹簧的弹力,则弹簧伸长的长度,所以两木块一起匀速运动时两木块之间的距离是,选C.
题组三 传送带问题
1.B 物块在传送带上的加速度为:,达到传送带速度时的时间为:,此后滑块与传送带一起匀速运动,故时的速度为,故B正确,
2.A 由于传送带是向上转动的,在传送带启动前后,物块都只受重力、支持力、沿斜面向上的滑动摩擦力,且物块所受的这些力都是不变的,所以其下滑的速度也不变。故选A。
3.【答案】
【解析】试题分析:物体静止从皮带左端释放,在滑动摩擦力的作用下做匀加速运动,当速度与皮带速度相同时,物体随着皮带一起匀速运动,明确滑块的运动形式;分别对加速过程求解对应的时间,从而明确总时间;划痕长度即为相对位移大小,从而求出相对位移即可。
根据牛顿第二定律,煤块的加速度为:
煤块运动到速度与传送带速度相等时的时间为:
位移大小为:
此后煤块与传送带以相同的速度匀速运动直至B端,有:x2=x-x1=4 m
匀速运动的时间为:
运动的总时间为:t=t1+t2=3 s
综合集训(时间:10分钟;难度:易)
1.B 上升过程有:mg+f=ma1,下降过程有:mg-f=ma2,由此可知a1>a2,根据功能关系可知落回地面的速度v<v0,因此上升过程的平均速度v0/2大于下降过程的平均速度v/2,由于上升过程和下降过程位移大小相等,因此t1<t2,故ACD错误,B正确。故选B。
2.D 设加速度大小为a,对物体A,受到重力和拉力,根据牛顿第二定律,有:T-m1g=m1a;对物体BC整体,根据牛顿第二定律,有:(M+m2)g-T=(M+m2)a,联立解得:a=5m/s2,T=30N,物体A以的5m/s2加速度加速上升,超重,故BC错误;物体C受重力和支持力,根据牛顿第二定律,有:m2g-N=m2a,解得:N=m2(g-a)=1×(10-5)=5N,故D正确;滑轮受力平衡,故2T=F,故轻绳对定滑轮的作用力为60N,故A错误。所以D正确,ABC错误。
3.A 选整体为研究对象,由牛顿第二定律mg-kv2=ma,随着v变大,加速度a逐渐变小,直到变为零。分析物体受力,由牛顿第二定律可得N=mg-ma,刚开始运动时N=0,此后支持力逐渐变大,即加速下落时,箱内物体对箱子底部的压力逐渐变大,箱子刚从飞机上投下时,箱内物体受到的支持力最小,选项A正确,B错误;箱子接近地面时,箱子的加速度趋近于零,则箱内物体受到的支持力趋近与mg,选项C错误;若下落距离足够长,当mg=kv2时,箱子做匀速运动,即箱内物体有不可能做减速运动,选项D错误;故选A.
4.CD 人从下蹲状态站起来的“起立”过程中,先向上做加速运动,后向上做减速运动,最后回到静止状态,人先处于超重状态,后处于失重状态;下蹲过程中,人先向下做加速运动,后向下做减速运动,所以先处于失重状态,后处于超重状态;所以“起立”、“下蹲”过程,都能出现体重计的示数大于A0的现象,也都能出现体重计的示数小于 A0的现象;故CD正确,AB错误。故选CD。
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