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高一物理超重和失重典型例题解析

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超重和失重·典型例题解析 【例1】竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤,如图24-1所示,弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量m=4kg的物体,试分析下列情况下电梯的运动情况(g取10m/s2):(1)当弹簧秤的示数T1=40N,且保持不变.(2)当弹簧秤的示数T2=32N,且保持不变.(3)当弹簧秤的示数T3=44N,且保持不变.解析:选取物体为研究对象,它受到重力mg和竖直向上的拉力T的作用.规定竖直向上方向为正方向.(1)当T1=40N时,根据牛顿第二定律有T1-mg=ma1,解得这时静止或匀速直线运动状态.(2)当T2=32N时,根据牛顿第二定律有T2-mg=ma2,解得这示物体的加速度方向与所选定的正方向相反,即电梯的加速度方向竖直向下.电梯加速下降或减速上升.(3)当T3=44N时,根据牛顿第二定律有T3-mg=ma3,解得这时的加速度方向与所选的正方向相同,即电梯的加速度方向竖直向上.电梯加速上升或减速下降.点拨:当物体加速下降或减速上升时,亦即具有竖直向下的加速度时,物体处于失重状态;当物体加速上升或减速下降时,亦即具有竖直向上的加速度时,物体处于超重状态.【例2】举重运动员在地面上能举起120kg的重物,而在运动着的升降机中却只能举起100kg的重物,求升降机运动的加速度.若在以2.5m/s2的加速度加速下降的升降机中,此运动员能举起质量多大的重物?(g取10m/s2)解析:运动员在地面上能举起120kg的重物,则运动员能发挥的向上的最大支撑力F=m1g=120×10N=1200N,5/5在运动着的升降机中只能举起100kg的重物,可见该重物超重了,升降机应具有向上的加速度当升降机以2.5m/s2的加速度加速下降时,重物失重.对于重物,点拨:题中的一个隐含条件是:该运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量,它是由运动员本身的素质决定的,不随电梯运动状态的改变而改变.【例3】如图24-2所示,是电梯上升的v~t图线,若电梯的质量为100kg,则承受电梯的钢绳受到的拉力在0~2s之间、2~6s之间、6~9s之间分别为多大?(g取10m/s2)解析:从图中可以看出电梯的运动情况为先加速、后匀速、再减速,根据v-t图线可以确定电梯的加速度,由牛顿运动定律可列式求解对电梯的受力情况分析如图24-2所示:(1)由v-t图线可知,0~2s内电梯的速度从0均匀增加到6m/s,其加速度a1=(vt-v0)/t=3m/s2由牛顿第二定律可得F1-mg=ma1解得钢绳拉力F1=m(g+a1)=1300N(2)在2~6s内,电梯做匀速运动.F2=mg=1000N(3)在6~9s内,电梯作匀减速运动,v0=6m/s,vt=0,加速度a2=(vt-v0)/t=-2m/s2由牛顿第二定律可得F3-mg=ma2,解得钢绳的拉力F3=m(g+a2)=800N.点拨:本题是已知物体的运动情况求物体的受力情况,而电梯的运动情况则由图象给出.要学会从已知的v~t图线中找出有关的已知条件.【问题讨论】在0~2s内,电梯的速度在增大,电梯的加速度恒定,吊起电梯的钢绳拉力是变化的,还是恒定的?在2~6s内,电梯的速度始终为0~9s内的最大值,电梯的加速度却恒为零,吊起电梯的钢绳拉力又如何?在6~9s5/5内,电梯的速度在不断减小,电梯的加速度又是恒定的,吊起电梯的钢绳拉力又如何?请你总结一下,吊起电梯的钢绳的拉力与它的速度有关,还是与它的加速度有关?【例4】如图24-3所示,在一升降机中,物体A置于斜面上,当升降机处于静止状态时,物体A恰好静止不动,若升降机以加速度g竖直向下做匀加速运动时,以下关于物体受力的说法中正确的是[]A.物体仍然相对斜面静止,物体所受的各个力均不变B.因物体处于失重状态,所以物体不受任何力作用C.因物体处于失重状态,所以物体所受重力变为零,其它力不变D.物体处于失重状态,物体除了受到的重力不变以外,不受其它力的作用点拨:(1)当物体以加速度g向下做匀加速运动时,物体处于完全失重状态,其视重为零,因而支持物对其的作用力亦为零.(2)处于完全失重状态的物体,地球对它的引力即重力依然存在.答案:D 【例5】如图24-4所示,滑轮的质量不计,已知三个物体的质量关系是:m1=m2+m3,这时弹簧秤的读数为T.若把物体m2从右边移到左边的物体m1上,弹簧秤的读数T将[]A.增大               B.减小C.不变               D.无法判断点拨:(1)若仅需定性讨论弹簧秤读数T的变化情况,则当m25/5从右边移到左边后,左边的物体加速下降,右边的物体以大小相同的加速度加速上升,由于m1+m2>m3,故系统的重心加速下降,系统处于失重状态,因此T<(m1+m2+m3)g.而m2移至m1上后,由于左边物体m1、m2加速下降而失重,因此跨过滑轮的连线张力T0<(m1+m2)g;由于右边物体m3加速上升而超重,因此跨过滑轮的连线张力T0>m3g.(2)若需定量计算弹簧秤的读数,则将m1、m2、m3三个物体组成的连接体使用隔离法,求出其间的相互作用力T0,而弹簧秤读数T=2T0,即可求解.答案:B跟踪反馈1.金属小筒的下部有一个小孔A,当筒内盛水时,水会从小孔中流出,如果让装满水的小筒从高处自由下落,不计空气阻力,则在小筒自由下落的过程中[]A.水继续以相同的速度从小孔中喷出B.水不再从小孔中喷出C.水将以较小的速度从小孔中喷出D.水将以更大的速度从小孔中喷出2.一根竖直悬挂的绳子所能承受的最大拉力为T,有一个体重为G的运动员要沿这根绳子从高处竖直滑下.若G>T,要使下滑时绳子不断,则运动员应该[]A.以较大的加速度加速下滑B.以较大的速度匀速下滑C.以较小的速度匀速下滑D.以较小的加速度减速下滑3.在以4m/s2的加速度匀加速上升的电梯内,分别用天平和弹簧秤称量一个质量10kg的物体(g取10m/s2),则[]A.天平的示数为10kgB.天平的示数为14kgC.弹簧秤的示数为100ND.弹簧秤的示数为140N4.如图24-5所示,质量为M的框架放在水平地面上,一根轻质弹簧的上端固定在框架上,下端拴着一个质量为m的小球,在小球上下振动时,框架始终没有跳起地面.当框架对地面压力为零的瞬间,小球加速度的大小为5/5[] 参考答案:1.B2.A3.AD4.D 5/5

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所属: 高中 | 物理
发布时间:2022-08-25 11:44:00 页数:5
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