2019-2020年高一物理力学专题提升专题10超重与失重现象.doc

2019-2020年高一物理力学专题提升专题10超重与失重现象【专题概述】1 . 几个概念的了解：视重：定义：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的读数称为视重。视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力大小或台秤所受物体的压力。超重：定义：物体对支持我的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象。产生的条件：物体具有向上的加速度失重：定义：物体对支持我的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象。产生的条件：物体具有向下的加速度完全失重：定义：物体对支持我的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象产生的条件：物体的加速度a=g，且加速度方向向下。2 、对超重、视重的理解（1）不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重“改变（2）物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体具有向上的加速度还是向下的加速度，这也是判断物体超重或失重的根本所在。加速度情况超重或失重视重Fa=0不超重、不失重F=mga 的方向向上超重F=m(g+a)a 的方向向下失重F=m(g-a)a=g,竖直向下完全失重F=0【典例精讲】通过运动分析物体处于超重还是失重，并判断压力或拉力的大小典例1 一质量为m的人站在电梯中，电梯减速上升，加速大小为g，g为重力加速度人对电梯底部的压力为( )A mg B 2mg C mg D mg【答案】A【解析】由于电梯减速上升，故加速度向下，对人受力分析，受到重力mg，地板支持力FN，由牛顿第二定律：mgFNma，即：mgFNmg，解得：FNmg，根据牛顿第三定律，则人对电梯底部的压力为mg，A正确 典例2 一种巨型娱乐器械由升降机送到离地面75 m的高处，然后让座舱自由落下落到离地面30 m高时，制动系统开始启动，座舱均匀减速，到地面时刚好停下若座舱中某人用手托着m5 kg的铅球，g取10 m/s2，试求：(1)从开始下落到最后着地经历的总时间(2)当座舱落到离地面35 m的位置时，手对球的支持力是多大？(3)当座舱落到离地面15 m的位置时，球对手的压力是多大？【答案】(1)5 s (2)0 (3)125 N 典例3 一个质量是50 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测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量为mA5 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，如下图所示，g取10 m/s2，求此时人对地板的压力 【答案】400 N，方向竖直向下 典例4 某同学设计了一个测量长距离电动扶梯加速度的实验，实验装置如图甲所示将一电子健康秤置于水平的扶梯台阶上，实验员站在健康秤上相对健康秤静止使电动扶梯由静止开始斜向上运动，整个运动过程可分为三个阶段，先加速、再匀速、最终减速停下已知电动扶梯与水平方向夹角为37.重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.某次测量的三个阶段中电子健康秤的示数F随时间t的变化关系，如图乙所示 (1)画出加速过程中实验员的受力示意图；(2)求该次测量中实验员的质量m； (3)求该次测量中电动扶梯加速过程的加速度大小a1和减速过程的加速度大小a2.【答案】(1) (2)60 kg (3)0.56 m/s2 0.42 m/s2【解析】(1) 加速过程，加速度斜向右上方，分解后，既有水平向右的加速度，所以水平方向要有水平a m/s20.42 m/s2典例5 在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图象如图所示试由此图回答问题：(g取10 m/s2) (2) 算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？【答案】(1)30 N 不变 (2)6.67 m/s2 6.67 m/s2 【总结提升】1 、尽管物体的加速度不是竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会出现超重或失重状态.当方向竖直向上有分量时，物体处于超重状态；当竖直方向向下有时，物体处于失重状态。2 、尽管整体没有竖直方向的加速度，但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度，整体也会出现超重或失重状态。3 、超重并不是说重力增加了，失重并不是说重力减小了，完全失重也不是说重力完全消失了。在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生变化4 、在完全失重的状态下，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、液体柱不再产生向下的压强等【专练提升】1 . 质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如下图所示重力加速度g取10 m/s2，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数 (1)匀速上升(2)以4 m/s2的加速度加速上升(3)以5 m/s2的加速度加速下降【答案】(1)600 N (2)840 N (3)300 N 2 质量为50 kg的人站在升降机内的体重计上若升降机由静止上升的过程中，体重计的示数F随时间t的变化关系如图所示，g取10 m/s2. (1)求010 s内升降机的加速度大小；(2)求20 s时间内人上升的高度大小【答案】(1)4 m/s2 (2)600 m 3 小星家住十八楼，每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼上学时，在电梯里，开始他总觉得有种“飘飘然”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了快到楼底时，他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉，背的书包也似乎变“重”了为了研究这种现象，小星在电梯里放了一台台秤如图所示设小星的质量为50 kg，g取10 m/s2.求下列情况中台秤的示数 (1)当电梯以a2 m/s2的加速度匀加速上升；(2)当电梯以a2 m/s2的加速度匀减速上升；(3)当电梯以a2 m/s2的加速度匀加速下降；(4)当电梯以a2 m/s2的加速度匀减速下降；【答案】(1)600 N (2)400 N (3)400 N (4)600 N【解析】(1)匀加速上升时，以人为研究对象，受力情况、加速度方向、速度方向如图所示选向上为正方向根据牛顿第二定律： FN1mgma得：FN1mgma50(102) N600 N由牛顿第三定律得，台秤的示数为600 N.(2)匀减速上升时，以人为研究对象，人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示选向下为正方向 根据牛顿第二定律：mgFN2ma得：FN2mgma50(102) N400 N由牛顿第三定律得，台秤的示数为400 N(3)匀加速下降时，以人为研究对象，人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示，选向下为正方4 小明用台秤研究人在升降电梯中的超重与失重现象他在地面上用台秤称得其体重为500 N，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从t0时由静止开始运动到t11 s时停止，得到台秤的示数F随时间t变化的图象如图所示，g取10 m/s2.求： (1)小明在02 s内加速度a1的大小，并判断在这段时间内他处于超重还是失重状态；(2)在1011 s内，台秤的示数F3；(3)小明运动的总位移x.【答案】(1)1 m/s2 失重 (2)600 N (3)19 m 5 如图所示，一细绳跨过装在天花板上的滑轮，细绳的一端悬挂一质量为M的物体，另一端悬挂一载人的梯子，人的质量为m，系统处于平衡状态不计摩擦及滑轮与细绳的质量，要使天花板受滑轮的作用力为零，人应如何运动？ 【答案】人应以ag的加速度向下加速运动【解析】要使天花板受力为零，须使细绳中的拉力为零，物体M应做自由落体运动，故梯子应以加速度g向上匀加速运动，人对梯子的作用力向上，人应向下加速运动最初人梯系统处于平衡状态，即Mgmgm梯g设人与梯子之间的相互作用力为F，人向下的加速度为a，对梯子运用牛顿第二定律Fm梯gm梯g对人运用牛顿第二定律Fmgma解得：ag故人应以ag的加速度向下加速运动，才能使天花板受力为零 6 在一种体验强烈失重、超重感觉的娱乐设施中，用电梯把乘有十多人的座舱，送到76 m高的地方，让座舱自由落下，当落到离地面28 m时制动系统开始启动，座舱匀减速运动到地面时刚好停止若某人手中托着质量为5 kg的铅球进行这个游戏，g取10 m/s2，问：(1)当座舱落到离地面高度为40 m的位置时，铅球对手的作用力多大？(2)当座舱落到离地面高度为15 m的位置时，手要用多大的力才能把铅球托住？【答案】(1)0 (2)135.7 N