牛顿第二定律应用的典型问题
牛顿第二定律经典例题

牛顿第二定律应用的问题1.力和运动的关系力是改变物体运动状态的原由,而不是保持运动的原由。
由知,加快度与力有直接关系,剖析清楚了力,就知道了加快度,而速度与力没有直接关系。
速度怎样变化需剖析加快度方向与速度方向之间的关系,加快度与速度同向时,速度增添;反之减小。
在加快度为零时,速度有极值。
例1. 如图1 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着落,接触弹簧后把弹簧压缩到必定程度后停止着落。
在小球着落的这一全过程中,以下说法中正确的选项是()图 1A.小球刚接触弹簧瞬时速度最大B.从小球接触弹簧起加快度变成竖直向上C.从小球接触弹簧到抵达最低点,小球的速度先增大后减小D.从小球接触弹簧到抵达最低点,小球的加快度先减小后增大例 2.一航天探测器达成对月球的探测任务后,在走开月球的过程中,由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞翔,先加快运动,再匀速运动,探测器经过喷气而获取推进力,以下对于喷气方向的描绘中正确的选项是()A.探测器加快运动时,沿直线向后喷气B.探测器加快运动时,竖直向下喷气C.探测器匀速运动时,竖直向下喷气D.探测器匀速运动时,不需要喷气分析:小球的加快度大小决定于小球遇到的合外力。
从接触弹簧到抵达最低点,弹力从零开始渐渐增大,所以协力先减小后增大,所以加快度先减小后增大。
当协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。
应选 CD。
分析:受力剖析如图 2 所示,探测器沿直线加快运动时,所受协力方向与运动方向同样,而重力方向竖直向下,由平行四边形定章知推力方向一定斜向上方,由牛顿第三定律可知,喷气方向斜向下方;匀速运动时,所受协力为零,所以推力方向一定竖直向上,喷气方向竖直向下。
故正确答案选C。
图 22.力和加快度的刹时对应关系(1)物体运动的加快度 a 与其所受的合外力 F 有刹时对应关系。
每一刹时的加快度只取决于这一刹时的合外力,而与这一刹时之间或刹时以后的力没关。
牛顿第二定律应用题型

整体法、隔离法求解连接体问题(两个或以上物体具有相同的加速度)例1:如图所示,在两块相同的竖直木板间,有质量均为m的四块相同的砖,用两个大小均为F的水平力压木板,使砖静止不动,则左边木板对第一块砖,第二块砖对第三块砖的摩擦力分别为A.4mg、2mg B.2mg、0 C.2mg、mg D.4mg、mg例2:如图所示,木块A、B质量分别为m、M,用一轻绳连接,在水平力F的作用下沿光滑水平面加速运动,求A、B间轻绳的张力T。
例3:如图所示,五个木块并排放在水平地面上,它们的质量相同,与地面的摩擦不计。
当用力F推第一块使它们共同加速运动时,第2块对第3块的推力为__________。
例4:如图所示,A、B质量分别为m1,m2,它们在水平力F的作用下均一起加速运动,甲、乙中水平面光滑,两物体间动摩擦因数为μ,丙中水平面光滑,丁中两物体与水平面间的动摩擦因数均为μ,求A、B间的摩擦力和弹力。
例5:如图所示,质量为M 的斜面A在水平向左的推力F 作用下,A 与B 物体B 的质量为m ,则它们的加速度a A. ()(,sin μθ++==g m M F g a B. θθcos )(,cos g m M F g a +==C. ()(,tan μθ++==g m M F g aD. g m M F g a )(,cot +==μθ例6:如图所示,质量为m 2的物体2放在正沿平直轨道向右行驶的车厢底板上,并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为m 1的物体,与物体1相连接的绳与竖直方向成θ角,则( )A. 车厢的加速度为θsin gB. 绳对物体1的拉力为θcos 1gmC. 底板对物体2的支持力为g m m )(12-D. 物体2所受底板的摩擦力为θtan 2g m例1总质量为M,环的质量为m面的压力为()A. Mg + mgB. Mg—例2:如图所示,一只质量为mA. gB.gMmC.gMmM+极限法:例1:如右图,质量m=lkg的物块放在倾角为θ的斜面上,斜面体质量M=2kg,斜面与物块的动摩擦因数μ=0.2,地面光滑,θ=370,现对斜面体施一水平推力F,要使物体m相对斜面静止,力F 应为多大?(设物体与斜面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2例2:小车内固定有一个倾角为370的光滑斜面,用—根平行于斜面的细线系住一个质量为m=2kg的小球(如右图所示).若①小车向右的加速度a l=5m/s2时;②小车向右的加速度为a2=15m/s2时,求细线上的拉力的大小.例3:质量为M的木板上放一质量为m的木块,木块与木板间动摩擦因数为μ1,木板与水平地面间动摩擦因数为μ2,现加木板上力F,问F至少多大才能将木板从木块下抽出?共点力的平衡:静态平衡:例1:沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在A点(右图所示),足球的质量为m,网兜的质量不计,足球与墙壁的接触点为B,悬绳与墙壁的夹角为α,求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力.动态平衡:例1:如右图所示.挡板AB和竖直墙之间夹有小球,球的质量为m,则挡板与竖直墙壁之间的夹角θ缓慢增加至θ=90°时,AB板及墙对球压力如何变化?例2:如右图所示,电灯悬挂于两墙壁之间,更换水平绳OA使连接点A向上移动而保持O点的位置和OB绳的位置不变,则在A点向上移动的过程中( )A.绳OB的拉力逐渐增大B.绳OB的拉力逐渐减小C.绳OA的拉力先增大后减小D.绳OA的拉力先减小后增大例3:如图:固定在水平面上的光滑半球,球心正上方固定一小定滑轮,细线一端拴一小球A,另一端过定滑轮,今将小球将图球位置缓慢拉至竖直方向,在到达竖直方向之前的过程中,小球对半球的压力及细线的拉力的变化情况()A.变大,变小B.变小,变大C.不变,变小D.变大,变大传送带专题:例1:如图所示为水平传送带装置,绷紧的皮带始终保持以υ=3m/s的速度移动,一质量m=0.5kg的物体(视为质点)。
牛顿第二定律典型题型

牛顿第二定律典型题型题型1:矢量性:加速度的方向总是与合外力的方向相同。
在解题时,可以利用正交分解法进行求解。
1、如图所示,物体A放在斜面上,与斜面一起向右做匀加速运动,物体A受到斜面对它的支持力和摩擦力的合力方向可能是 ( )A.斜向右上方 B.竖直向上C.斜向右下方 D.上述三种方向均不可能1、A 解析:物体A受到竖直向下的重力G、支持力F N和摩擦力三个力的作用,它与斜面一起向右做匀加速运动,合力水平向右,由于重力没有水平方向的分力,支持力F N和摩擦力F f的合力F一定有水平方向的分力,F在竖直方向的分力与重力平衡,F向右斜上方,A正确。
2、如图所示,有一箱装得很满的土豆,以一定的初速度在摩擦因数为的水平地面上做匀减速运动,(不计其它外力及空气阻力),则其中一个质量为m的土豆A受其它土豆对它的总作用力大小应是 ( )A.mg B.mgC.mg D.mg2、C 解析:像本例这种物体系的各部分具有相同加速度的问题,我们可以视其为整体,求关键信息,如加速度,再根据题设要求,求物体系内部的各部分相互作用力。
选所有土豆和箱子构成的整体为研究对象,其受重力、地面支持力和摩擦力而作减速运动,且由摩擦力提供加速度,则有mg=ma,a=g。
而单一土豆A的受其它土豆的作用力无法一一明示,但题目只要求解其总作用力,因此可以用等效合力替代。
由矢量合成法则,得F总=,因此答案C正确。
例3、如图所示,电梯与水平面夹角为300,当电梯加速向上运动时,人对梯面压力是其重力的6/5,则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍?拓展:如图,动力小车上有一竖杆,杆端用细绳拴一质量为m的小球.当小车沿倾角为30°的斜面匀加速向上运动时,绳与杆的夹角为60°,求小车的加速度和绳中拉力大小.题型2:必须弄清牛顿第二定律的瞬时性牛顿第二定律是表示力的瞬时作用规律,描述的是力的瞬时作用效果—产生加速度。
物体在某一时刻加速度的大小和方向,是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向来决定的。
最新高中物理牛顿第二定律经典例题(精彩4篇)

最新高中物理牛顿第二定律经典例题(精彩4篇)(经典版)编制人:__________________审核人:__________________审批人:__________________编制单位:__________________编制时间:____年____月____日序言下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改,请根据实际需要进行调整和使用,谢谢!并且,本店铺为大家提供各种类型的经典范文,如总结报告、演讲发言、策划方案、合同协议、心得体会、计划规划、应急预案、教学资料、作文大全、其他范文等等,想了解不同范文格式和写法,敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!Moreover, our store provides various types of classic sample essays, such as summary reports, speeches, planning plans, contract agreements, insights, planning, emergency plans, teaching materials, essay summaries, and other sample essays. If you want to learn about different sample formats and writing methods, please pay attention!最新高中物理牛顿第二定律经典例题(精彩4篇)练习题从狭义上讲,练习题是以巩固学习效果为目的要求解答的问题;从广义上讲,练习题是指以反复学习、实践,以求熟练为目的的问题,包括生活中遇到的麻烦、难题等。
牛顿第二定律应用案例分析

牛顿第二定律应用案例分析
引言
牛顿第二定律是经典力学的重要定律之一,用于描述物体运动
时受力与加速度的关系。
本文将通过分析一些应用案例,探讨牛顿
第二定律在实际场景中的应用。
案例一:均匀加速运动
在一个水平的道路上,有一辆质量为m的小汽车,在驾驶员的控制下匀速行驶。
当驾驶员突然踩下刹车,小汽车将发生减速运动。
根据牛顿第二定律的公式F=ma,小汽车所受合力等于质量乘以减
速度。
通过测量小汽车的质量和减速度,我们可以计算出小汽车所
受的合力。
案例二:天体运动
天体运动是研究力学和天文学的交叉领域,牛顿第二定律也可
以应用于天体运动的研究中。
例如,我们可以通过牛顿第二定律来
计算行星绕太阳转动的加速度和力,并进一步研究天体运动的规律。
案例三:物体受力分析
在工程领域中,牛顿第二定律经常被用来分析物体受力的情况。
例如,当一根悬挂在某一点的绳子上有一个物体时,我们可以通过
牛顿第二定律来计算绳子所受的张力和物体受到的重力。
结论
牛顿第二定律是一个非常有用的力学定律,可以应用于多个实
际场景中。
通过对案例的分析,我们可以更好地理解牛顿第二定律
的应用方式。
参考文献
[1] 张功献. 物理学[M]. 北京:高等教育出版社,2010.
[2] Halliday D, Resnick R, Walker J. Fundamentals of Physics[M]. Wiley, 2013.。
高中物理牛顿第二定律经典练习题专题训练(含答案)

高中物理牛顿第二定律经典练习题专题训
练(含答案)
高中物理牛顿第二定律经典练题专题训练(含答案)
1. Problem
已知一个物体质量为$m$,受到一个力$F$,物体所受加速度为$a$。
根据牛顿第二定律,力、质量和加速度之间的关系可以表示为:
$$F = ma$$
请计算以下问题:
1. 如果质量$m$为2kg,加速度$a$为3m/s^2,求所受的力
$F$的大小。
2. 如果质量$m$为5kg,力$F$的大小为10N,求物体的加速度$a$。
2. Solution
使用牛顿第二定律的公式$F = ma$来解决这些问题。
1. 问题1中,已知质量$m$为2kg,加速度$a$为3m/s^2。
将这些值代入牛顿第二定律的公式,可以得到:
$$F = 2 \times 3 = 6 \,\text{N}$$
所以,所受的力$F$的大小为6N。
2. 问题2中,已知质量$m$为5kg,力$F$的大小为10N。
将这些值代入牛顿第二定律的公式,可以得到:
$$10 = 5a$$
解方程可以得到:
$$a = \frac{10}{5} = 2 \,\text{m/s}^2$$
所以,物体的加速度$a$为2m/s^2。
3. Conclusion
通过计算题目中给定的质量、力和加速度,我们可以使用牛顿第二定律的公式$F = ma$来求解相关问题。
掌握这一定律的应用可以帮助我们更好地理解物体运动的规律和相互作用。
牛顿第二定律应用典型题及答案

1、质量m=4kg的物块,在一个平行于斜面向上的拉力F=40N作用下,从静止开始沿斜面向上运动,如图所示,已知斜面足够长,倾角θ=37°,物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.2,力F作用了5s,求物块在5s内的位移及它在5s末的速度。
(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)2、如图所示,质量为0.5kg的物体在与水平面成300角的拉力F作用下,沿水平桌面向右做直线运动,经过0.5m的距离速度由0.6m/s变为0.4m/s,已知物体与桌面间的动摩擦因数μ=0.1,求作用力F的大小。
(g=10m/s2)3、为了安全,在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离。
已知某高速公路的最高限速v=120km/h。
假设前方车辆突然停止,后车司机从发现这一情况,经操纵刹车,到汽车开始减速所经历的时间(即反应时间)t=0.50s。
刹车时汽车受到的阻力大小f为汽车重力的0.40倍。
该高速公路上汽车间的距离s至少应为多少?取重力加速度g=10 m/s2。
4、如下图所示,一个人用与水平方向成θ=37°角的斜向下的推力F推一个重G=200N的箱子匀速前进,箱子与地面间的动摩擦因数为μ=0.5(g=10m/s2)。
(1)求推力F的大小(sin370=0.6 cos370=0.8)。
(2)若此人不改变推力F的大小,只把力的方向变为水平去推这个静止的箱子,推力作用时间t=3s后撤去,求箱子滑行的总位移为多大?5、滑雪是一个常见的体育运动项目,某一山坡滑道可看成倾角θ=30°的斜面,一名滑雪运动员连同滑雪装置总质量m=80 kg,他从静止开始自由匀加速下滑,在时间t=10 s内沿斜面滑道滑下的位移x=200 m,后又进入水平滑道.(设水平滑道足够长,不计空气阻力,取g=10 m/s2)问:(1)运动员在下滑过程中受到的摩擦力Ff为多大?(2)滑雪板与滑道之间的动摩擦因数μ为多少?(3)若水平滑道的动摩擦因数是山坡滑道动摩擦因数的2倍,求运动员在水平滑道上滑行的最大距离.6、一游客在峨眉山滑雪时,由静止开始沿倾角为37°的山坡匀加速滑下。
牛顿第二定律的应用(两类问题)

例题1 一个静止在水平面上的物体,质量 是2kg,在水平方向受到5.0N的拉力,物体跟 水平面的滑动摩擦力是2.0N。 1)求物体在4.0秒末的速度; 解:1)前4秒 根据牛顿第二定律F合=ma列方程: 水平方向 F-f=ma a=1.5(m/s2) 由vt=v0+at: vt=6(m/s)
2:已知运动情况求解受力情况
例题2: 一辆质量为1.0×103kg的小汽车,正以 10m/s的速度行驶,现在让它在12.5m的距离内匀 减速地停下来,求所需的阻力。 • 设小车运动的初速度方向为正方向,由运动学公 式
2aS v v
2 t
据牛顿第二定律F合=ma列方程: 竖直方面 N-mg=0 水平方面 f=ma=1.0×103×( - 4 ) N
2 0 v0 10 2 a m / s 2 4m / s 2 2 12.5 2S
2 o
可得
f = - 4.0×103N
• 例题3:
一辆质量为1.0×103kg的小汽车,正以 10mห้องสมุดไป่ตู้s的速度行驶,现在让它在12.5m的距离内匀 减速地停下来。
一木箱(m=2kg)沿一粗糙斜面匀加速下滑,初 速度为零,5s内下滑25m,斜面倾角300, 求(1)木箱与斜面间的动摩擦因数, (2)若以某初速沿斜面向上冲,要能冲上4m,则 初速至少多大?
例题1 一个静止在水平面上的物体,质量 是2kg,在水平方向受到5.0N的拉力,物体跟 水平面的滑动摩擦力是2.0N。 2)若在4秒末撤去拉力,求物体滑行时间。 解:2) 4秒后 竖直方向 FN-mg=0 水平方向f=ma′ a ′= 1.0(m/S2)
由△V=at t= △ v/a=6.0(s)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
牛顿第二定律应用的典型问题——陈法伟1. 力和运动的关系力是改变物体运动状态的原因,而不是维持运动的原因。
由知,加速度与力有直接关系,分析清楚了力,就知道了加速度,而速度与力没有直接关系。
速度如何变化需分析加速度方向与速度方向之间的关系,加速度与速度同向时,速度增加;反之减小。
在加速度为零时,速度有极值。
例1. 如图1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()图1A. 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,小球的加速度先减小后增大解析: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,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。
故选CD。
例2. 一航天探测器完成对月球的探测任务后,在离开月球的过程中,由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行,先加速运动,再匀速运动,探测器通过喷气而获得推动力,以下关于喷气方向的描述中正确的是()A. 探测器加速运动时,沿直线向后喷气B. 探测器加速运动时,竖直向下喷气C. 探测器匀速运动时,竖直向下喷气D. 探测器匀速运动时,不需要喷气解析:受力分析如图2所示,探测器沿直线加速运动时,所受合力方向与运动方向相同,而重力方向竖直向下,由平行四边形定则知推力方向必须斜向上方,由牛顿第三定律可知,喷气方向斜向下方;匀速运动时,所受合力为零,因此推力方向必须竖直向上,喷气方向竖直向下。
故正确答案选C。
图22. 力和加速度的瞬时对应关系(1)物体运动的加速度a与其所受的合外力F有瞬时对应关系。
每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力,而与这一瞬时之间或瞬时之后的力无关。
若合外力变为零,加速度也立即变为零(加速度可以突变)。
这就是牛顿第二定律的瞬时性。
(2)中学物理中的“绳”和“线”,一般都是理想化模型,具有如下几个特性:①轻,即绳(或线)的质量和重力均可视为零。
由此特点可知,同一根绳(或线)的两端及其中间各点的张力大小相等。
②软,即绳(或线)只能受拉力,不能承受压力(因绳能弯曲)。
由此特点可知,绳与其他物体相互作用力的方向是沿着绳子且背离受力物体的方向。
③不可伸长:即无论绳子所受拉力多大,绳子的长度不变。
由此特点知,绳子中的张力可以突变。
(3)中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”,也是理想化模型,具有如下几个特性:①轻:即弹簧(或橡皮绳)的质量和重力均可视为零。
由此特点可知,同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等。
②弹簧既能受拉力,也能受压力(沿弹簧的轴线);橡皮绳只能受拉力,不能承受压力(因橡皮绳能弯曲)。
③由于弹簧和橡皮绳受力时,其形变较大,发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变。
但是,当弹簧和橡皮绳被剪断时,它们所受的弹力立即消失。
例3. 如图3所示,竖直光滑杆上套有一个小球和两根弹簧,两弹簧的一端各与小球相连,另一端分别用销钉M、N固定于杆上,小球处于静止状态,设拔去销钉M瞬间,小球加速度的大小为。
若不拔去销钉M而拔去销钉N瞬间,小球的加速度可能是()图3A. ,竖直向上B. ,竖直向下C. ,竖直向上D. ,竖直向下解析:原来小球处于静止状态时,若上面的弹簧为压缩状态,则拔去M瞬间小球会产生向上的加速度,拔去N瞬间小球会产生向下加速度。
设上下弹簧的弹力分别为。
在各瞬间受力如图4所示。
图4拔M前静止:拔M瞬间:拔N瞬间:联立<1><2><3>式得拔去N瞬间小球产生的加速度可能为,方向竖直向下。
原来小球处于静止状态时,若上面的弹簧为拉伸状态,则拔去M瞬间小球会产生向下的加速度,拔去N瞬间小球会产生向上加速度,如图5所示。
图5拔M前静止:拔M瞬间:拔N瞬间:联立<1><2><3>式得:拔去N瞬间小球产生的加速度可能为,方向竖直向上。
综合以上分析,可知正确答案为BC。
【变式训练】如图中a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。
现将l2线剪断,求剪断瞬时物体的加速度。
3. 力的独立作用原理一个物体可以同时受几个力的作用,每一个力都使物体产生一个效果,如同其他力不存在一样,即力与它的作用效果完全是独立的,这就是力的独立作用原理。
力可以合成和分解,效果也可以合成和分解,其运算法则均为平行四边形定则。
为此,合力与其合效果对应,分力与其分效果对应,对物体的运动往往看到的是合效果,在研究具体问题时,可根据受力的特点求合力,让合效果与合力对应;也可将效果分解,让它与某一方向上的分力对应。
正因为力的作用是相互独立的,所以牛顿第二定律在运用中常按正交法分解为例4. 某型航空导弹质量为M,从离地面H高处水平飞行的战斗机上水平发射,初速度为,发射之后助推火箭便给导弹以恒定的水平推力F作用使其加速,不计空气阻力和导弹质量的改变,下列说法正确的有()A. 推力F越大,导弹在空中飞行的时间越长B. 不论推力F多大,导弹在空中飞行的时间一定C. 推力F越大,导弹的射程越大D. 不论推力F多大,导弹的射程一定解析:推力F和重力G分别在两个正交的方向上,均单独对导弹产生各自的加速度,因高度H一定,在竖直方向上,导弹是自由落体运动,故落地时间与F无关,为一定值。
而水平方向导弹的射程由决定,显然F越大,a越大,水平射程越大。
即本题的正确答案为BC。
4. 连结体问题此类问题,在高考中只限于两个物体的加速度相同的情况。
通常是对两个物体组成的整体运用牛顿第二定律求出整体的加速度,然后用隔离法求出物体间的相互作用力。
例5. 如图6所示,质量为2m的物块A,与水平地面的摩擦不计,质量为m的物块B与地面的摩擦因数为μ,在已知水平推力F的作用下,A、B做加速运动,则A和B之间的作用力为____________。
图6解析:由题意知,地面对物块A的摩擦力为0,对物块B的摩擦力为。
对A、B整体,设共同运动的加速度为a,由牛顿第二定律有:对B物体,设A对B的作用力为,同理有联立以上三式得:5. 超重和失重问题当物体处于平衡状态时,物体对水平支持物的压力(或竖直悬挂物的拉力)大小等于物体受到的重力,即。
当物体m具有向上或向下的加速度a 时,物体对水平支持物的压力(或竖直悬挂物的拉力)大小大于或小于物体受到的重力G的现象,分别叫做超重和失重,并且超出或失去部分为。
具体应用可分两种情况。
(1)定性分析对于一些只需作定性分析的问题,利用超重或失重的概念能够巧妙地使问题得到解决。
在具体分析过程中,关键是正确判断系统的超重与失重现象,清楚系统的重心位置的变化情况。
当系统的重心加速上升时为超重,当系统的重心加速下降时为失重。
例6. 如图7所示,A为电磁铁,C为胶木秤盘,电磁铁A和秤盘C(包括支架)的总质量为M,B为铁片,质量为m,整个装置用轻绳悬挂于O点。
当电磁铁通电,铁片被吸引上升的过程中,轻绳中拉力F的大小为()图7A. B.C. D.解析:以A、B、C组成的系统为研究对象,A、C静止,铁片B由静止被吸引加速上升。
则系统的重心加速上升,系统处于超重状态,故轻绳的拉力,正确答案为D。
(2)定量分析超重并不是重力增加,失重也不是失去重力或重力减少,在同一地点地球作用于物体的重力始终存在且没有发生变化,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生了变化,看起来好像物重有所增大或减小。
当物体相对于地面有向上的加速度或相对于地面的加速度竖直向上的分量不为零时,物体处于超重状态,超出的部分在数值上等于或(为加速度的竖直分量)。
当物体相对于地面有向下的加速度或相对于地面的加速度竖直向下的分量不为零时,物体处于失重状态,失去的部分在数值上等于或,利用上述结论可以进行定量计算。
例7. 如图8所示,一根弹簧上端固定,下端挂一质量为的秤盘,盘中放有质量为m的物体,当整个装置静止时,弹簧伸长了L,今向下拉盘使弹簧再伸长△L,然后松手放开,设弹簧总是在弹性范围内,则刚松手时,物体m对盘压力等于多少?图8解析:视m、为系统,开始平衡有再伸长△L,系统受的合外力为,故此时系统的加速度a方向向上,系统处于超重状态。
对m来说超重故刚松手时,物体m对盘的压力结合<1>式可得:6. 临界问题在临界问题中包含着从一种物理现象转变为另一种物理现象,或从一物理过程转入另一物理过程的转折状态。
常出现“刚好..”等语言..”、“刚能..”、“恰好叙述。
例8. 一斜面放在水平地面上,倾角,一个质量为0.2kg的小球用细绳吊在斜面顶端,如图9所示。
斜面静止时,球紧靠在斜面上,绳与斜面平行,不计斜面与水平面的摩擦,当斜面以的加速度向右运动时,求细绳的拉力及斜面对小球的弹力。
(g取)图9解析:斜面由静止向右加速运动过程中,当a较小时,小球受到三个力作用,此时细绳平行于斜面;当a增大时,斜面对小球的支持力将会减少,当a增大到某一值时,斜面对小球的支持力为零;若a继续增大,小球将会“飞离”斜面,此时绳与水平方向的夹角将会大于θ角。
而题中给出的斜面向右的加速度,到底属于上述哪一种情况,必须先假定小球能够脱离斜面,然后求出小球刚刚脱离斜面的临界加速度才能断定。
设小球刚刚脱离斜面时斜面向右的加速度为,此时斜面对小球的支持力恰好为零,小球只受到重力和细绳的拉力,且细绳仍然与斜面平行。
对小球受力分析如图10所示。
图10易知代入数据解得:因为,所以小球已离开斜面,斜面的支持力同理,由受力分析可知,细绳的拉力为此时细绳拉力与水平方向的夹角为7. 对系统应用牛顿第二定律设系统内有两个物体,质量分别为和,受到系统以外的作用力分别为,对与对的作用力分别为和,两物体的加速度分别为,由牛顿第二定律得两物体受到的合外力为:由牛顿第三定律得:由以上三式得:其中式中为系统所受的合外力,同理可证,上述结论对多个物体组成的系统也是成立的,即为如按正交分解则得:例9. 如图11所示,质量为M 的框架放在水平地面上,一个轻质弹簧固定在框架上,下端拴一个质量为m 的小球,当小球上下振动时,框架始终没有跳起,在框架对地面的压力为零的瞬间,小球加速度大小为()图11 A. g B. C. 0 D.解析:运用牛顿第二定律关键在受力分析,式中各量必须对应同一个研究对象,下面用两种方法解答。
解法一:分别以框架和小球为研究对象,当框架对地面的压力为零时作受力分析如图12、13所示。