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高一物理超重和失重典型例题解析

发布时间:2019-07-16 21:44 来源:未知 编辑:admin

  高一物理超重和失重典型例题解析_理化生_高中教育_教育专区。3eud 教育网 百万教学资源,完全免费,无须注册,天天更新! 超重和失重·典型例题解析 【例 1】竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤,如图 24-

  3eud 教育网 百万教学资源,完全免费,无须注册,天天更新! 超重和失重·典型例题解析 【例 1】竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤,如图 24-1 所 示,弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量 m=4kg 的物体,试分析下列情况下电梯的 运动情况(g 取 10m/s2): (1)当弹簧秤的示数 T1=40N,且保持不变. (2)当弹簧秤的示数 T2=32N,且保持不变. (3)当弹簧秤的示数 T3=44N,且保持不变. 解析:选取物体为研究对象,它受到重力 mg 和竖直向上的拉力 T 的作 用.规定竖直向上方向为正方向. (1)当 T1=40N 时,根据牛顿第二定律有 T1-mg=ma1,解得这时 电梯的加速度a 1 = T1 -mg 40-4 ×10 = m / s2 =0,由此可见,电梯处于 m 4 静止或匀速直线N 时,根据牛顿第二定律有 T2-mg=ma2,解得这 时电梯的加速度a 2 = T2 ? mg 32 ? 40 = m / s2 =- 2m / s2 .式中的负号表 m 4 示物体的加速度方向与所选定的正方向相反,即电梯的加速度方向竖直向 下.电梯加速下降或减速上升. (3)当 T3=44N 时,根据牛顿第二定律有 T3-mg=ma3,解得这时 电梯的加速度a 3 = T3 ? mg 44 -40 = m / s2 =1m / s2 .a 3 为正值表示电梯 m 4 的加速度方向与所选的正方向相同,即电梯的加速度方向竖直向上.电梯加速 上升或减速下降. 点拨:当物体加速下降或减速上升时,亦即具有竖直向下的加速度时,物 3eud 教育网 教学资源集散地。可能是最大的免费教育资源网! 3eud 教育网 百万教学资源,完全免费,无须注册,天天更新! 体处于失重状态;当物体加速上升或减速下降时,亦即具有竖直向上的加速度 时,物体处于超重状态. 【例 2】举重运动员在地面上能举起 120kg 的重物,而在运动着的升降机 中却只能举起 100kg 的重物,求升降机运动的加速度.若在以 2.5m/s2 的加速 度加速下降的升降机中,此运动员能举起质量多大的重物?(g 取 10m/s2) 解析:运动员在地面上能举起 120kg 的重物,则运动员能发挥的向上的最 大支撑力 F=m1g=120×10N=1200N, 在运动着的升降机中只能举起 100kg 的重物,可见该重物超重了,升降机 应具有向上的加速度 对于重物,F-m2 g=m2 a 1 ,所以a 1 = m / s2 =2m / s2 ; F ? m2 g 1200-100×10 = m2 100 当升降机以 2.5m/s2 的加速度加速下降时,重物失重.对于重物, m3g-F=m3a 2 ,得m3 = F 1200 = kg=160kg. g ? a2 10-2.5 点拨:题中的一个隐含条件是:该运动员能发挥的向上的最大支撑力 (即 举重时对重物的最大支持力)是一个恒量, 它是由运动员本身的素质决定的, 不 随电梯运动状态的改变而改变. 【例 3】 如图 24-2 所示, 是电梯上升的 v~t 图线kg, 则承受电梯的钢绳受到的拉力在 0~2s 之间、2~6s 之间、6~9s 之间分别为多 大?(g 取 10m/s2) 解析:从图中可以看出电梯的运动情况为先加速、后匀速、再减速,根据 v-t 图线可以确定电梯的加速度,由牛顿运动定律可列式求解 对电梯的受力情况分析如图 24-2 所示: (1)由 v-t 图线m/s,其加速 度 a1=(vt-v0)/t=3m/s2 由牛顿第二定律可得 F1-mg=ma1 3eud 教育网 教学资源集散地。可能是最大的免费教育资源网! 3eud 教育网 百万教学资源,完全免费,无须注册,天天更新! 解得钢绳拉力 F1=m(g+a1)=1300 N (2)在 2~6s 内,电梯做匀速运动.F2=mg=1000N (3)在 6~9s 内,电梯作匀减速运动,v0=6m/s,vt=0,加速度 a2=(vt- v0)/t=-2m/s2 由牛顿第二定律可得 F3 - mg = ma2 ,解得钢绳的拉力 F3 = m(g + a2) = 800N. 点拨:本题是已知物体的运动情况求物体的受力情况,而电梯的运动情况 则由图象给出.要学会从已知的 v~t 图线中找出有关的已知条件. 【问题讨论】在 0~2s 内,电梯的速度在增大,电梯的加速度恒定,吊起 电梯的钢绳拉力是变化的,还是恒定的? 在 2~6s 内,电梯的速度始终为 0~9s 内的最大值,电梯的加速度却恒为 零,吊起电梯的钢绳拉力又如何? 在 6~9s 内,电梯的速度在不断减小,电梯的加速度又是恒定的,吊起电 梯的钢绳拉力又如何? 请你总结一下,吊起电梯的钢绳的拉力与它的速度有关,还是与它的加速 度有关? 【例 4】如图 24-3 所示,在一升降机中,物体 A 置于斜面上,当升降机 处于静止状态时,物体 A 恰好静止不动,若升降机以加速度 g 竖直向下做匀加 速运动时,以下关于物体受力的说法中正确的是 [ ] A.物体仍然相对斜面静止,物体所受的各个力均不变 B.因物体处于失重状态,所以物体不受任何力作用 C.因物体处于失重状态,所以物体所受重力变为零,其它力不变 D.物体处于失重状态,物体除了受到的重力不变以外,不受其它力的 作用 点拨:(1)当物体以加速度 g 向下做匀加速运动时,物体处于完全失重状 态,其视重为零,因而支持物对其的作用力亦为零. (2)处于完全失重状态的物体,地球对它的引力即重力依然存在. 答案:D 【例 5】 如图 24-4 所示, 滑轮的质量不计, 已知三个物体的质量关系是: 3eud 教育网 教学资源集散地。可能是最大的免费教育资源网! 3eud 教育网 百万教学资源,完全免费,无须注册,天天更新! m1=m2+m3,这时弹簧秤的读数为 T.若把物体 m2 从右边移到左边的物体 m1 上,弹簧秤的读数 T 将 [ A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 ] 点拨:(1)若仅需定性讨论弹簧秤读数 T 的变化情况,则当 m2 从右边移到 左边后,左边的物体加速下降,右边的物体以大小相同的加速度加速上升,由 于 m1+m2>m3,故系统的重心加速下降,系统处于失重状态,因此 T<(m1+ m2+m3)g. 而 m2 移至 m1 上后,由于左边物体 m1、m2 加速下降而失重,因此跨过 滑轮的连线)g;由于右边物体 m3 加速上升而超重,因此跨过 滑轮的连线)若需定量计算弹簧秤的读数,则将 m1、m2、m3 三个物体组成的连接体 使用隔离法,求出其间的相互作用力 T0,而弹簧秤读数 T=2T0,即可求解. 答案:B 跟踪反馈 1.金属小筒的下部有一个小孔 A,当筒内盛水时,水会从小孔中流出, 如果让装满水的小筒从高处自由下落,不计空气阻力,则在小筒自由下落的过 程中 [ ] 3eud 教育网 教学资源集散地。可能是最大的免费教育资源网! 3eud 教育网 百万教学资源,完全免费,无须注册,天天更新! A.水继续以相同的速度从小孔中喷出 B.水不再从小孔中喷出 C.水将以较小的速度从小孔中喷出 D.水将以更大的速度从小孔中喷出 2.一根竖直悬挂的绳子所能承受的最大拉力为 T,有一个体重为 G 的运 动员要沿这根绳子从高处竖直滑下.若 G>T,要使下滑时绳子不断,则运动 员应该 [ ] A.以较大的加速度加速下滑 B.以较大的速度匀速下滑 C.以较小的速度匀速下滑 D.以较小的加速度减速下滑 3.在以 4m/s2 的加速度匀加速上升的电梯内,分别用天平和弹簧秤称量 一个质量 10kg 的物体(g 取 10m/s2),则 [ ] A.天平的示数为 10kg B.天平的示数为 14kg C.弹簧秤的示数为 100N D.弹簧秤的示数为 140N 4.如图 24-5 所示,质量为 M 的框架放在水平地面上,一根轻质弹簧的 上端固定在框架上,下端拴着一个质量为 m 的小球,在小球上下振动时,框架 始终没有跳起地面.当框架对地面压力为零的瞬间,小球加速度的大小为 [ ] A.g C.0 B. ( M ? m)g m ( M ? m)g D. m 参考答案:1.B 2.A 3.AD 4.D 3eud 教育网 教学资源集散地。可能是最大的免费教育资源网!

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