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高考考前特训专题二--牛顿运动定律的综合应用(一)

考纲解读

1.掌握超重、失重的概念,会分析超重、失重的相关问题.

2.学会分析临界与极值问题.3.会进行力学多过程问题的分析.

考点一 超重与失重现象

1.超重并不是重力增加了,失重并不是重力减小了,完全失重也不是重力完全消失了.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)发生了变化(即“视重”发生变化).

2.只要物体有向上或向下的加速度,物体就处于超重或失重状态,与物体向上运动还是向下运动无关.

3.尽管物体的加速度不是在竖直方向,但只要其加速度在竖直方向上有分量,物体就会处于超重或失重状态.

4.物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的,其大小等于ma.

例1 如图1所示,升降机天花板上用轻弹簧悬挂一物体,升降机静止时弹簧伸长量为10 cm,运动时弹簧伸长量为9 cm,则升降机的运动状态可能是(g=10 m/s2)(  )

解析 根据运动时弹簧伸长量为9 cm,小于静止时弹簧伸长量10 cm,可知升降机的加速度向下,则升降机的运动状态可能是以a=1 m/s2的加速度加速下降,也可能是以a=1 m/s2的加速度减速上升,故B正确.

答案 B

递进题组

1.[超重与失重的判断]关于超重和失重现象,下列描述中正确的是(  )

A.电梯正在减速上升,在电梯中的乘客处于超重状态

B.磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时,列车上的乘客处于超重状态

C.荡秋千时秋千摆到最低位置时,人处于失重状态

D.“神舟九号”飞船在绕地球做圆轨道运行时,飞船内的宇航员处于完全失重状态

答案 D

2.[超重与失重的理解与应用]如图2所示是某同学站在力传感器上做下蹲——起立的动作时记录的压力F随时间t变化的图线.由图线可知该同学(  )

超重和失重现象判断的“三”技巧

(1)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,小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态.

(2)从加速度的角度判断,当物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态.

(3)从速度变化的角度判断

①物体向上加速或向下减速时,超重;

②物体向下加速或向上减速时,失重.

考点二 动力学中的临界极值问题临界或极值条件的标志

(1)有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼,明显表明题述的过程存在着临界点;

(2)若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语,表明题述的过程存在着“起止点”,而这些起止点往往就对应临界状态;

(3)若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼,表明题述的过程存在着极值,这个极值点往往是临界点;

(4)若题目要求“最终加速度”、“稳定加速度”等,即是求收尾加速度或收尾速度.

递进题组

3.[动力学中的临界问题]如图4所示,物体A叠放在物体B上,B置于光滑水平面上,A、B质量分别为mA=6 kg、mB=2 kg,A、B之间的动摩擦因数μ=0.2,开始时F=10 N,此后逐渐增大,在增大到45 N的过程中,则(  )

解析 先分析物理现象,用极限法把加速度a推到两个极端来分析:当a较小(a→0)时,小球受三个力(重力、绳拉力和斜面的支持力)作用,此时绳平行于斜面;当a较大(足够大)时,小球将“飞离”斜面,此时绳与水平方向的夹角未知,那么当a=10 m/s2向右时,究竟是上述两种情况中的哪一种?解题时必须先求出小球离开斜面的临界值a0,然后才能确定.

令小球处在离开斜面的临界状态(FN刚好为零)时,斜面向右的加速度为a0,此时对小球有

mgcot θ=ma0

所以a0=gcot θ=7.5 m/s2,

因为a=10 m/s2>a0

所以小球离开斜面(如图所示)向右加速运动

动力学中的“四种”典型临界条件

(1)接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界条件是:弹力FN=0.

(2)相对滑动的临界条件:两物体相接触且处于相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对滑动的临界条件是:静摩擦力达到最大值.

(3)绳子断裂与松驰的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的,绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松驰的临界条件是:FT=0.

(4)加速度变化时,速度达到最值的临界条件:当加速度变为零时.

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