1、河南2014年高考一轮复习导学案牛顿运动定律三【课 题】4.3 牛顿第二定律（2）【学习目标】1、进一步加深对牛顿定律的理解2、会运用牛顿第二定律处理连接体和超、失重问题【知识要点】一、超重与失重1超重与失重超重失重完全失重定义物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象产生条件物体有向上的加速度物体有向下的加速度ag，方向竖直向下视重Fm(ga)Fm(ga)F02.进一步理解(1)当出现超重、失重时，物体的重力并没变化(2)物体处于超重状态还是失重状态，只取决于加速度
2、方向向上还是向下，而与速度无关(3)物体超重或失重的大小是ma.(4)当物体处于完全失重状态时，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力，液柱不再产生向下的压强等二、瞬时加速度问题分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析瞬时前后的瞬时作用力1中学物理中的“线”和“绳”是理想化模型，具有以下几个特性：(1)轻：其质量和重力均可视为等于零，且一根绳(或线)中各点的张力大小相等(2)不可伸长：即无论绳子受力多大，绳子的长度不变，由此特点可知，绳子中的张力可以突变2中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化模型，具有以下几个特性：(1)轻：其质量和重力
3、均可视为等于零，同一弹簧两端及其中间各点的弹力大小相等(2)弹簧既能承受拉力，也能承受压力；橡皮绳只能承受拉力，不能承受压力(3)由于弹簧和橡皮绳受力时，要恢复形变需要一段时间，所以弹簧和橡皮绳中的力不能突变【典型例题】一、超重与失重【例1】 (2010浙江理综14)如图3所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)下列说法正确的是()A在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力二、连接体问题【例2】 如图所示，物体M和m紧靠着置于动摩擦因
4、数为的斜面上，斜面倾角为，现施一沿斜面向上的力F作用于M，M、m共同沿斜面向上作加速运动，求它们之间相互作用力的大小二、瞬时加速度问题【例3】 (2010全国15)如图4所示，轻弹簧上端与一质量为m的木块1相连，下端与另一质量为M的木块2相连，整个系统置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态现将木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，木块1、2的加速度大小分别为a1、a2.重力加速度大小为g.则有()Aa10，a2g Ba1g，a2gCa10，a2g Da1g，a2g【例4】 (2011宿迁模拟)在动摩擦因数0.2的水平面上有一个质量为m1 kg的小球，小球与水平轻弹簧及与竖直方向成45角的不
5、可伸长的轻绳一端相连，如图5所示此时小球处于静止平衡状态，且水平面对小球的弹力恰好为零，当剪断轻绳的瞬间，取g10 m/s2.求：(1)此时轻弹簧的弹力大小；(2)小球的加速度大小和方向；(3)在剪断弹簧的瞬间小球的加速度大小【反馈训练】1.下列实例属于超重现象的是( )A.汽车驶过拱形桥顶端B.荡秋千的小孩通过最低点C.跳水运动员被跳板弹起，离开跳板向上运动D.火箭点火后加速升空2. 如图6甲所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为，L2水平拉直，物体处于平衡状态求解下列问题：(1)现将线L2剪断，求剪断L2的瞬间物体的加速度(2
6、)若将图甲中的细线L1换成长度相同，质量不计的轻弹簧，如图乙所示，其他条件不变，求剪断L2的瞬间物体的加速度【能力训练】1跳水运动员从10 m跳台腾空跃起，先向上运动一段距离达到最高点后，再自由下落进入水池，不计空气阻力，关于运动员在空中上升过程和下落过程以下说法正确的有()A上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态B上升过程处于失重状态，下落过程处于超重状态C上升过程和下落过程均处于超重状态D上升过程和下落过程均处于完全失重状态2在完全失重的状态下，下列物理仪器还能使用的是()A.天平 B.水银气压计C.电流表 D.弹簧测力计3.（2012广东卷）图是滑道压力测试的示意图，光滑圆弧轨道与光
7、滑斜面相切，滑道底部B处安装一个压力传感器，其示数N表示该处所受压力的大小，某滑块从斜面上不同高度h处由静止下滑，通过B是，下列表述正确的有A.N小于滑块重力B.N大于滑块重力C.N越大表明h越大D.N越大表明h越小4如图所示，轻弹簧下端固定在水平面上，一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落在小球下落的这一全过程中，下列说法中正确的是()A小球刚接触弹簧瞬间速度最大B从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上C从小球接触弹簧到到达最低点，小球的速度先增大后减小D从小球接触弹簧到到达最低点，小球的加速度先增大后减小5在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯
8、静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50 kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图7所示在这段时间内下列说法中正确的是()A晓敏同学所受的重力变小了B晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力C电梯一定在竖直向下运动D电梯的加速度大小为g/5，方向一定竖直向下6如图8所示，在光滑的水平面上，质量分别为m1和m2的木块A和B之间用轻弹簧相连，在拉力F作用下，以加速度a做匀加速直线运动，某时刻突然撤去拉力F，此瞬时A和B的加速度为a1和a2，则()Aa1a20Ba1a，a20Ca1a，a2aDa1a，a2a7图9是我国“美男子”长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景宇航员在
9、火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是()A火箭加速上升时，宇航员处于失重状态B飞船加速下落时，宇航员处于超重状态C飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力大于其重力D火箭上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力小于其重力8(2011长春期末)在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力传感器相连，当电梯从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动，传感器的屏幕上显示出其受到的压力与时间的关系图象如图10所示，则()A.电梯在启动阶段约经历了2.5秒的加速上升过程B.电梯在启动阶段约经历了4秒的加速上升过程C.电梯的最大加速度约为6.7 m/s2D.电梯的最大加速度
10、约为16.7 m/s29(2009广东8)某人在地面上用弹簧秤称得体重为490 N他将弹簧秤移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内，弹簧秤的示数如图11所示，电梯运行的vt图可能是(取电梯向上运动的方向为正)()10.一个质量为50 kg的人，站在竖直向上运动着的升降机底板上他看到升降机上挂着一个带有重物的弹簧测力计，其示数为40 N，如图16所示，该重物的质量为5 kg，这时人对升降机底板的压力是多大？(g取10 m/s2)11如图17甲所示为学校操场上一质量不计的竖直滑杆，滑杆上端固定，下端悬空为了研究学生沿杆的下滑情况，在杆顶部装有一拉力传感器，可显示杆顶端所受拉力的大小现有一学生(可视
11、为质点)从上端由静止开始滑下，5 s末滑到杆底时的速度恰好为零以学生开始下滑时刻为计时起点，传感器显示的拉力随时间变化的情况如图乙所示，g取10 m/s2.求：(1)该学生下滑过程中的最大速率；(2)滑杆的长度例题答案：例1 A对于A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升过程还是下降过程A对B均无压力，只有A项正确规范思维物体处于超重和失重状态，仅取决于加速度，而与速度无关本题中若物体斜向上抛出、水平抛出、斜向下抛出，A对B的压力都为零例2.例3 C木板抽出前，由平衡条件可知弹簧被压缩产生的弹力大小为mg.木板抽出后瞬间，弹簧弹力保持不变，仍为mg.由平衡条件和牛顿第
12、二定律可得a10，a2g.规范思维解本题的关键是分析清楚木板抽出前、后的受力情况，然后由F合ma求解a.注意弹簧弹力不能瞬间发生变化，因为弹簧弹力与形变紧密联系，在瞬间形变可认为不变例4 (1)10 N(2)8 m/s2，向左(3)0解析(1)小球在绳没有断时，水平面对小球的弹力为零，球受到绳的拉力FT、自身重力G与弹簧的弹力F作用而处于平衡状态，依据平衡条件得竖直方向有：FTcos mg水平方向有：FTsin F解得弹簧的弹力为Fmgtan 10 N剪断轻绳瞬间弹簧弹力不变，仍为10 N(2)剪断绳后小球在竖直方向仍平衡，水平面支持力平衡重力FNmg水平方向上由牛顿第二定律得小球的加速度为a
13、8 m/s2，方向向左(3)当剪断弹簧的瞬间，小球立即受地面支持力和重力，且二力平衡，加速度为0.规范思维利用牛顿第二定律求瞬时加速度时，关键是分析此时物体的受力情况，同时注意细绳和弹簧的区别：在其它力变化时，弹簧的弹力不会在瞬间发生变化，而细绳的拉力可以在瞬间发生突变反馈训练答案：1BD当加速度向上时，物体处于超重状态；加速度向下时，物体处于失重状态在汽车驶过拱形桥顶端时，向心加速度向下，失重；荡秋千的小孩通过最低点时，向心加速度向上，超重；跳水运动员离开跳板向上运动时，完全失重；火箭点火加速升空，加速度向上，超重2(1)agsin ，垂直L1斜向下方(2)agtan ，水平向右解析(1)当
14、线L2被剪断的瞬间，因细线L2对球的弹力突然消失，而引起L1上的张力发生突变，使物体的受力情况改变，瞬时加速度沿垂直L1的方向斜向下方，为agsin .(2)当线L2被剪断时，细线L2对球的弹力突然消失，而弹簧的形变还来不及变化(变化要有一个过程，不能突变)，因而弹簧的弹力不变，它与重力的合力与细线L2对球的弹力是一对平衡力，等值反向，所以线L2剪断时的瞬时加速度为agtan ，方向水平向右能力训练答案 ：1D跳水运动员在空中时无论是上升还是下降，加速度方向均向下，由于不计空气阻力，故均为完全失重，故选D.2CD3. 答案：BC4C小球的加速度大小决定于小球受到的合外力从接触弹簧到到达最低点，
15、弹力从零开始逐渐增大，所以合力先减小后增大，因此加速度先减小后增大当合力与速度同向时小球速度增大，所以当小球所受弹力和重力大小相等时速度最大5D6D首先研究整体，求出拉力F的大小F(m1m2)a.突然撤去F，以A为研究对象，由于弹簧在短时间内弹力不会发生突变，所以A物体受力不变，其加速度a1a.以B为研究对象，在没有撤去F时有：FFm2a，而F(m1m2)a，所以Fm1a，撤去F则有Fm2a2，所以a2a.7C加速上升或减速下降，加速度均是向上，处于超重状态；加速下降或减速上升，加速度均是向下，处于失重状态，由此知选项C正确8BC由图可知，在04 s内台秤对物体的支持力大于物体的重力，所以04
16、 s内物体一直加速上升由图线知，物体的重力为30 N，即质量约为3 kg，台秤对物体的最大作用力为50 N，物体所受的最大合力为20 N，所以物体的最大加速度约为6.7 m/s2.9AD在t0t1时间段内，人失重，应向上减速或向下加速，B、C错；t1t2时间段内，人匀速或静止，t2t3时间段内，人超重，应向上加速或向下减速，A、D都有可能对10400 N解析以重物为研究对象，重物受向下的重力mg，向上的弹簧拉力F，重物随升降机一起以加速度a向上运动，由于重物的重力mg大于弹簧测力计的示数，因此可知升降机的加速度方向应向下，即升降机减速上升，由牛顿第二定律有mgFma所以a m/s22 m/s2
17、.再以人为研究对象，人受到重力Mg，底板的支持力FN，由牛顿第二定律有MgFNMa得FNMgMa50(102) N400 N由牛顿第三定律知，人对升降机底板的压力大小为400 N，方向竖直向下11(1)2.4 m/s(2)6.0 m解析(1)根据图象可知01 s内，人向下做匀加速运动，人对滑杆的作用力为380 N，方向竖直向下，所以滑杆对人的作用力F1的大小为380 N，方向竖直向上以人为研究对象，根据牛顿第二定律有mgF1ma15 s后静止，m kg50 kg1 s末人的速度为：v1a1t1根据图象可知1 s末到5 s末，人做匀减速运动，5 s末速度为零，所以人1 s末速度达到最大值由代入数值解得：v12.4 m/s，所以最大速率vm2.4 m/s.(2)滑杆的长度等于人在滑杆加速运动和减速运动通过的位移之和加速运动的位移x1t11 m1.2 m减速运动的位移x2t24 m4.8 m滑杆的总长度Lx1x21.2 m4.8 m6.0 m
