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1、第二讲两类动力学问题超重和失重第二讲两类动力学问题超重和失重一、一、单单位制位制1单单位制：由位制：由 单单位和位和 单单位一起位一起组组成了成了单单位制位制(1)基基本本单单位位：基基本本物物理理量量的的单单位位力力学学中中的的基基本本量量有有三三个个，它它们们是是；它；它们们的国的国际单际单位分位分别别是是(2)导导出出单单位：由位：由 量量根根据据物物理理关关系系推推导导出出来来的的其其他他物物理理量量的的单单位位基本基本导出导出长度、时间、质量长度、时间、质量米、秒、千克米、秒、千克基本基本2国国际单际单位制中的基本物理量和基本位制中的基本物理量和基本单单位位米米m千克千克kg秒秒sA
2、二、二、动动力学的两力学的两类类基本基本问题问题1已知受力情况求运已知受力情况求运动动情况情况根据牛根据牛顿顿第二定律，已知物体的第二定律，已知物体的 ，可以求出物体的加，可以求出物体的加速速 度度；再再 知知 道道 物物 体体 的的 初初 始始 条条 件件(初初 位位 置置 和和 初初 速速 度度)，根根 据据 ，就就可可以以求求出出物物体体在在任任一一时时刻刻的的速速度度和和位位置置，也也就就求求出了物体的运出了物体的运动动情况情况2已知物体的运已知物体的运动动情况，求物体的受力情况情况，求物体的受力情况根据物体的运根据物体的运动动情况，由情况，由 可可以以求求出出加加速速度度，再再根根据
3、据 可可确确定定物物体体的的合合外外力力，从从而而求求出出未未知知力力，或或与与力力相相关关的某些量，如的某些量，如动动摩擦因数、摩擦因数、劲劲度系数、力的方向等度系数、力的方向等受力情况受力情况运动学公式运动学公式运动学公式运动学公式牛顿第二定律牛顿第二定律三、超重和失重三、超重和失重1超重超重(1)定定义义：物体：物体对对支持物的支持物的压压力力(或或对悬对悬挂物的拉力挂物的拉力)物物体体所受重力的情况所受重力的情况(2)产产生条件：物体具有生条件：物体具有 的加速度的加速度2失重失重(1)定定义义：物体：物体对对支持物的支持物的压压力力(或或对悬对悬挂物的拉力挂物的拉力)物物体体所受重力
4、的情况所受重力的情况(2)产产生条件：物体具有生条件：物体具有 的加速度的加速度大于大于向上向上小于小于向下向下3完全失重完全失重(1)定定义义：物物体体对对水水平平支支持持物物的的压压力力(或或对对竖竖直直悬悬挂挂物物的的拉拉力力)的情况称的情况称为为完全失重完全失重现现象象(2)产产生条件：物体的加速度生条件：物体的加速度ag.等于零等于零一、一、对对超重和失重的超重和失重的进进一步理解一步理解1不不论论超超重重、失失重重或或完完全全失失重重，物物体体的的重重力力不不变变，只只是是“视视重重”改改变变2物物体体处处于于超超重重状状态态还还是是失失重重状状态态取取决决于于加加速速度度的的方方
5、向向，与与速速度度的大小和方向没有关系，下表列出了加速度方向与物体所的大小和方向没有关系，下表列出了加速度方向与物体所处处状状态态的关系的关系.3.物体物体处处于超重或失重于超重或失重时时的运的运动动情况情况(1)超重超重时时，物体向上加速或向下减速；，物体向上加速或向下减速；(2)失重失重时时，物体向下加速或向上减速，物体向下加速或向上减速4物物体体超超重重或或失失重重的的多多少少是是由由物物体体的的质质量量和和竖竖直直加加速速度度共共同同决决定定的，其大小等于的，其大小等于ma.(1)物物体体超超重重或或失失重重时时，加加速速度度方方向向不不一一定定沿沿竖竖直直方方向向，只只要要加加速速度
6、有竖直向上的分量就是超重，加速度有竖直向下的分量就是失重度有竖直向上的分量就是超重，加速度有竖直向下的分量就是失重(2)物体超重或失重时，加速度的大小不一定是恒定的物体超重或失重时，加速度的大小不一定是恒定的二、解答两二、解答两类动类动力学力学问题问题的基本方法及步的基本方法及步骤骤1分析流程分析流程图图2应应用牛用牛顿顿第二定律的解第二定律的解题题步步骤骤(1)明明确确研研究究对对象象根根据据问问题题的的需需要要和和解解题题的的方方便便，选选出出被被研研究究的的物体物体(2)分分析析物物体体的的受受力力情情况况和和运运动动情情况况，画画好好受受力力分分析析图图，明明确确物物体体的运的运动动性
7、性质质和运和运动过动过程程(3)选选取取正正方方向向或或建建立立坐坐标标系系，通通常常以以加加速速度度的的方方向向为为正正方方向向或或以以加速度方向加速度方向为为某一坐某一坐标轴标轴的正方向的正方向(4)求合外力求合外力F.(5)根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律Fma列列方方程程求求解解，必必要要时时还还要要对对结结果果进进行行讨论讨论(1)牛牛顿顿第第二二定定律律Fma在在确确定定a与与m、F的的数数量量关关系系的的同同时时，也也确确定了三个量间的单位关系及定了三个量间的单位关系及a及及F间的方向关系间的方向关系(2)应应用用牛牛顿顿第第二二定定律律求求a时时，可可以以先先求求F，再再求求a
8、，或或先先求求各各个个力力的加速度，再合成求出合加速度的加速度，再合成求出合加速度1.关于力学关于力学单单位制位制说说法中正确的是法中正确的是()Akg、m/s、N是是导导出出单单位位Bkg、m、J是基本是基本单单位位C在国在国际单际单位制中，位制中，质质量的基本量的基本单单位是位是kg，也可以是，也可以是gD只有在国只有在国际单际单位制中，牛位制中，牛顿顿第二定律的表达式才是第二定律的表达式才是Fma解解析析：在在力力学学单单位位制制中中，kg、m、s为为基基本本单单位位，m/s、J和和N均均为为导导出出单单位位，A、B均均不不正正确确；g不不是是国国际际单单位位的的基基本本单单位位，C不不
9、正正确确；只只有有在在国国际际单单位位制制中中，Fkma中中的的k才才为为“1”，牛牛顿顿第第二二定定律律的的表表达达式式才才是是Fma，故只有，故只有D正确正确答案：答案：D2.2010年中国跳水明星系列年中国跳水明星系列赛赛合肥站比合肥站比赛赛中，何冲在男子中，何冲在男子3米跳板米跳板决决赛赛中中获获得第一名如右得第一名如右图图所示何冲正在完成高所示何冲正在完成高难难度的空中度的空中动动作，下列作，下列分析正确的是分析正确的是()A何冲正何冲正处处于完全失重状于完全失重状态态B何冲此何冲此时时不受重力作用不受重力作用C从裁判的角度，何冲不能被从裁判的角度，何冲不能被视为质视为质点点D从从观
10、观众的角度，何冲可以被众的角度，何冲可以被视为质视为质点点答案：答案：AC3.(2010浙江理浙江理综综)如如图图所示，所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛初速度上抛(不不计计空气阻力空气阻力)下列下列说说法正确的是法正确的是()A在上升和下降在上升和下降过过程中程中A对对B的的压压力一定力一定为为零零B上升上升过过程中程中A对对B的的压压力大于力大于A物体受到的重力物体受到的重力C下降下降过过程中程中A对对B的的压压力大于力大于A物体受到的重力物体受到的重力D在上升和下降在上升和下降过过程中程中A对对B的的压压力等于力等于A物体受到的重力物体受到的重力解
11、解析析：对对于于A、B整整体体只只受受重重力力作作用用，做做竖竖直直上上抛抛运运动动，处处于于完完全失重状态，不论上升还是下降过程，全失重状态，不论上升还是下降过程，A对对B均无压力，只有均无压力，只有A项正确项正确答案：答案：A4我我国国道道路路安安全全部部门门规规定定，在在高高速速公公路路上上行行驶驶的的汽汽车车最最大大速速度度为为120 km/h，交通部，交通部门门提供下列提供下列资资料：料：资资料一：料一：驾驶员驾驶员的反的反应时间应时间：0.30.6 s资资料二：各种路面与料二：各种路面与轮轮胎之胎之间间的的动动摩擦因数摩擦因数根根据据以以上上资资料料，通通过过计计算算判判断断汽汽车
12、车行行驶驶在在高高速速公公路路上上两两车车间间的的安安全全距离最接近距离最接近()A100 mB200 mC300 m D400 m解解析析：当当驾驾驶驶员员的的反反应应时时间间最最长长、路路面面的的摩摩擦擦因因数数最最小小时时对对应应的的最最长长距距离离是是安安全全距距离离v120 km/h33.3 m/s，反反应应时时间间t0.6 s内内位位移移x1约约为为20 m；又又mgma、a3.2 m/s2，x2v2/2a173 m；xx1x2193 m.答案：答案：B5.如如图图所示，物体沿斜面由静止滑下，在水平面上滑行一段距离后所示，物体沿斜面由静止滑下，在水平面上滑行一段距离后停止，物体与斜
13、面和水平面停止，物体与斜面和水平面间间的的动动摩擦因数相同，斜面与水平面平滑摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连连接下接下图图中中v、a、Ff和和x分分别别表示物体速度大小、加速度大小、摩擦力大表示物体速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程其中正确的是小和路程其中正确的是()解解析析：物物体体在在斜斜面面上上受受重重力力、支支持持力力、摩摩擦擦力力作作用用，其其摩摩擦擦力力大大小小为为Ff1mgcos，做做初初速速度度为为零零的的匀匀加加速速直直线线运运动动，其其vt图图象象为为过过原原点点的的倾倾斜斜直直线线，A错错，加加速速度度大大小小不不变变，B错错，其其xt图图象象应应为为一一段段曲曲线线
14、，D错错；物物体体到到达达水水平平面面后后，所所受受摩摩擦擦力力Ff2mgFf1，做做匀匀减减速速直直线运动，所以正确选项为线运动，所以正确选项为C.答案：答案：C6如如图图所示，位于所示，位于竖竖直平面内的固定光滑直平面内的固定光滑圆环轨圆环轨道与水平面相切道与水平面相切于于M点，与点，与竖竖直直墙墙壁相切于壁相切于A点，点，竖竖直直墙墙壁上另一点壁上另一点B与与M的的连线连线和水平和水平面的面的夹夹角角为为60，C是是圆环轨圆环轨道的道的圆圆心已知在同一心已知在同一时时刻，刻，a、b两球分两球分别别由由A、B两点从静止开始沿光滑两点从静止开始沿光滑倾倾斜直斜直轨轨道道AM、BM运运动动到到
15、M点；点；c球由球由C点自由下落到点自由下落到M点点则则()Aa球最先到达球最先到达M点点Bb球最先到达球最先到达M点点Cc球最先到达球最先到达M点点 Db球和球和c球都可能最先到达球都可能最先到达M点点答案：答案：C一一枚枚火火箭箭由由地地面面竖竖直直向向上上发发射射，其其速速度度和和时时间间的的关关系系图图线线如如图图所所示示，则则()At3时时刻火箭距地面最刻火箭距地面最远远Bt2t3的的时间时间内，火箭在向下降落内，火箭在向下降落Ct1t2的的时间时间内，火箭内，火箭处处于失重状于失重状态态D0t3的的时间时间内，火箭始内，火箭始终处终处于失重状于失重状态态解解析析：由由速速度度图图象
16、象可可知知，在在0t3内内速速度度始始终终大大于于零零，表表明明这这段段时时间间内内火火箭箭一一直直在在上上升升，t3时时刻刻速速度度为为零零，停停止止上上升升，高高度度达达到到最最高高，离离地地面面最最远远，A正正确确，B错错误误t1t2的的时时间间内内，火火箭箭在在加加速速上上升升，具具有有向向上上的的加加速速度度，火火箭箭应应处处于于超超重重状状态态，而而在在t2t3时时间间内内火火箭箭在在减减速速上上升升，具有向下的加速度，火箭处于失重状态，故具有向下的加速度，火箭处于失重状态，故C、D错误错误答案：答案：A11：(2011北京模北京模拟拟)几位同学几位同学为为了探究了探究电电梯启梯启
17、动动和制和制动时动时的加速的加速度大小，他度大小，他们们将体重将体重计计放在放在电电梯中一位同学站在体重梯中一位同学站在体重计计上，然后乘坐上，然后乘坐电电梯从梯从1层层直接到直接到10层层，之后又从，之后又从10层层直接回到直接回到1层层并用照相机并用照相机进进行了行了相关相关记录记录，如，如图图所示他所示他们们根据根据记录记录，进进行了以下推断分析，其中正确行了以下推断分析，其中正确的是的是()A根据根据图图2和和图图3可估可估测测出出电电梯向上起梯向上起动时动时的加速度的加速度B根据根据图图1和和图图2可估可估测测出出电电梯向上制梯向上制动时动时的加速度的加速度C根据根据图图1和和图图5
18、可估可估测测出出电电梯向下制梯向下制动时动时的加速度的加速度D根据根据图图4和和图图5可估可估测测出出电电梯向下起梯向下起动时动时的加速度的加速度解解析析：由由图图1可可知知该该同同学学的的体体重重约约为为47 kg，根根据据图图1、图图2可可估估算算出出电电梯梯向向上上启启动动时时的的加加速速度度，根根据据图图1、图图5可可估估算算出出电电梯梯向向下下制制动动时时的的加速度，而根据图加速度，而根据图2与图与图3和图和图4与图与图5无法估算加速度无法估算加速度答案：答案：C(20分分)如如图图1所所示示，质质量量为为m的的物物块块叠叠放放在在质质量量为为2m的的足足够够长长的的木木板板上上方方
19、右右侧侧，木木板板放放在在光光滑滑的的水水平平地地面面上上，物物块块与与木木板板之之间间的的动动摩摩擦擦因因数数为为0.2.在在木木板板上上施施加加一一水水平平向向右右的的拉拉力力F，在在03 s内内F的的变变化化如如图图2所所示示，图图中中F以以mg为为单单位位，重重力力加加速速度度g10 m/s2.整整个个系系统统开开始始时时静静止止(1)求求1 s、1.5 s、2 s、3 s末木板的速度以及末木板的速度以及2 s、3 s末物末物块块的速度；的速度；(2)在在同同一一坐坐标标系系中中画画出出03 s内内木木板板和和物物块块的的vt图图象象，据据此此求求03 s内物内物块块相相对对于木板滑于
20、木板滑过过的距离的距离【规规范范解解答答】解解：(1)设设木木板板和和物物块块的的加加速速度度分分别别为为a和和a，在在t时时刻刻木木板板和和物物块块的的速速度度分分别别为为vt和和vt，木木板板和和物物块块之之间间摩摩擦擦力力的的大大小小为为Ff.依牛顿第二定律，运动学公式得依牛顿第二定律，运动学公式得Ffma(1分分)Ffmg(1分分)当当vtF2F3F4CF1F2F4F3 DF1F3F2v1时时，物物体体先先做做匀匀减减速速运运动动，然然后后随随传传送送带带一起以一起以v1做匀速运动做匀速运动(3)当当v1和和v2同同向向且且v1v2时时，物物体体先先做做匀匀加加速速运运动动，然然后后随
21、随传传送送带带一起以一起以v1做匀速运动做匀速运动二、二、倾倾斜放置的斜放置的传传送送带带如如图图所示，所示，传传送送带带与地面与地面倾倾角角37，从，从AB长长度度为为16 m，传传送送带带以以10 m/s的速率逆的速率逆时针转动时针转动在在传传送送带带上端上端A无初速度地放一个无初速度地放一个质质量量为为0.5 kg的物体，它与的物体，它与传传送送带带之之间间的的动动摩擦因数摩擦因数为为0.5.求物体从求物体从A运运动动到到B所所需需时间时间是多少？是多少？(sin 370.6，cos 370.8)【思路分析】【思路分析】物体的运动分为两个过程：第一个过程是物体速度物体的运动分为两个过程：
22、第一个过程是物体速度等于传送带速度之前，物体做匀加速直线运动；第二个过程是物体速度等于传送带速度之前，物体做匀加速直线运动；第二个过程是物体速度等于传送带速度以后的运动情况其中速度刚好相同时的点是一个转折等于传送带速度以后的运动情况其中速度刚好相同时的点是一个转折点，此后的运动情况要看点，此后的运动情况要看mgsin 与所受的最大静摩擦力若与所受的最大静摩擦力若tan，则，则继续向下加速；若继续向下加速；若tan，则将随传送带一起匀速运动分析清楚了受，则将随传送带一起匀速运动分析清楚了受力情况与运动情况，再利用相应规律求解即可力情况与运动情况，再利用相应规律求解即可甲甲解解析析：物物体体放放在
23、在传传送送带带上上后后，开开始始阶阶段段，由由于于传传送送带带的的速速度度大大于于物物体体的的速速度度，传传送送带带给给物物体体一一沿沿传传送送带带向向下下的的滑滑动动摩摩擦擦力力F，物物体体受受力力情况如图甲所示物体由静止加速，由牛顿第二定律得情况如图甲所示物体由静止加速，由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma1a110(0.60.50.8)m/s210 m/s2.物体加速至与传送带速度相等需要的时间物体加速至与传送带速度相等需要的时间答案：答案：2 s 从本题中可以总结出，皮带传送物体所受摩擦力可能发生从本题中可以总结出，皮带传送物体所受摩擦力可能发生突变，不论是其大小的突变，还是其方向的突变，都发生在物体的速度突变，不论是其大小的突变，还是其方向的突变，都发生在物体的速度与传送带速度刚好相等的时刻与传送带速度刚好相等的时刻 乙图乙图练规范、练技能、练速度