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1、专题三牛顿定律的应用（）超重与失重 概念自主学习 1. 瞬时问题 (1)内容:研究某一时刻物体的 和 突变的关系称为力和运动的瞬时问题。简称“瞬时问题”,“瞬时问题”常常伴随着这样一些标志性词语:“瞬时”“突然”“刚刚”等。 (2)变化瞬间,力未能变 像弹簧、橡皮条、皮筋等,这些物质连接其他物体。当其他力有变化的瞬间引不起这些物质的力立即变化。原因是弹簧上的弹力F=kx,x的变化需要一定的时间,故瞬间力没有来得及变化,即弹力没来得及变化。 (3)变化瞬间,力发生突变 像绳、线、硬的物质连接(或直接作用)的物体,当其他力变化时,将迅速引起绳、线等物上力的变化。这种情况下,绳上力的变化比较复杂,需
2、要根据物体下一步的运动趋势来分析判断。 2. 超重与失重 (1)超重现象 当物体具有 的加速度时,这个物体对支持物的压力(或对悬挂绳的拉力) 它所受的重力,称为超重现象。 物体的加速度方向是竖直向上的。物体并不一定是竖直向上做加速运动,也可以是竖直向下做减速运动。 (2)失重现象 当物体具有 的加速度时,这个物体对支持物的压力(或对悬挂绳的拉力) 它所受的重力,称为失重现象。 当a=g时,F=0,此为状态。 物体的加速度方向是竖直向下的。物体既可以是向下做加速运动,也可以是向上做减速运动。 (3)尽管物体不在竖直方向上运动,但只要其加速度在竖直方向上有分量,即a0 就可以。当a方向竖直向上时,
3、物体处于超重状态;当a方向竖直向下时,物体处于失重状态。 (4)当物体处于完全失重状态时,重力只产生使物体具有a=g的加速度效果,不再产生其他效果。 (5)处于超重和失重状态下的液体的浮力公式分别为F=V(g+a)和F=V(g-a);处于完全失重状态下的液体F=0,即液体对浸在液体中的物体不再产生浮力。 (6)对超重和失重的理解应当注意以下几点: 物体处于超重或失重状态时,物体的重力始终存在,大小也没有变化。 发生超重或失重现象与物体的速度无关,只决定于加速度的大小和方向。 在完全失重的状态下,平时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、液体柱不再
4、产生向下的压强等。 重点题型突破 瞬时问题 例1 如图3-3-1所示,质量为m的小球用水平轻弹簧系住,并用倾角为30的光滑木板AB托住,小球恰好处于静止状态。当木板AB突然向下撤离的瞬间,小球的加速度大小为() A. 0 B. g C. g D. g 解析:平衡时,小球受到三个力:重力mg、斜面支持力FN和弹簧拉力T,如图答3-3-2所示,突然撤离木板时, FN突然消失而其他力不变,因此T与重力mg的合力为F=mg, 产生的加速度a=g,B正确。 答案:B 分析瞬时加速度问题,主要抓住两个技巧: (1)分析瞬时前后的受力情况及运动状态,列出相应的规律方程。 (2)紧抓轻绳模型中弹力可以突变、轻
5、弹簧模型中弹力不能突变这个力学特征。 跟踪训练1 质量为m的小球用两根细线悬挂起来,AB线与竖直方向成角,BC呈水平状态,如图3-3-3所示,求将BC线剪断的瞬间,AB线上的张力及小球的加速度。 水平线剪断的瞬间,小球受到重力、斜线的张力T。处于受力不平衡状态,具有瞬时加速度(但瞬时速度尚为0),小球运动的趋势为单摆类,相当于处于最高处。则有: mgsin=maT-mgcos=m=0?圯T=mgcosa=gsin 答案:mgcos,gsin 超重和失重的应用 例2 如图3-3-4中,A为电磁铁,挂在支架C上,放到台秤的托盘中,在它的正下方有一块铁块,静止时台秤示数为G,当电磁铁通电时,铁块被吸
6、引上升的过程中,台秤示数将() A. 变大 B. 变小 C. 大于G,但呈恒量 D. 先变大,后变小 解析:铁块被吸引的过程中,由于电磁铁A对B的吸引力越来越大,B做加速度增大的加速上升运动,对整个系统而言,处于超重现象越来越明显的状态(可以认为系统重心也在做加速度变大的加速上升运动)。所以台秤示数应大于G,且不断变大。 答案:A 当物体有向上的加速度时,物体处于超重状态,表现为对水平面或挂绳的压力、拉力增大,液体的压强增大。 当物体有向下的加速度时,物体处于失重状态,表现为对水平面或挂绳的压力、拉力减小,液体的压强减小。 利用超重和失重现象的特点,可以使一些问题的分析变得更加容易。 跟踪训练2 如图3-3-5中,台秤的托盘上放一水杯,水中一木球(m,所以整体失重,故台秤的示数变小。 答案:变小