巧用超重失重观点解题

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  超重和失重问题在高考中常出现,但它的出现不会很直接的给出是超重和是失重,要考生在对题目进行分析时才能知道在某一阶段该物体是处于超重还是失重,判断完后才能对题目进行进一步的解答.在涉及到牛顿运动定律时我们常能遇见这类问题,那么接下来我们要探讨的就是如何利用超重失重的观点来解题.
  下面就主要将超重失重分两个点来讲解一下:一个是对超重失重概念、定义的理解,此类知识点主要以选择题的形式来考察,另一个则是对超重失重分析计算能力的考察,主要以计算题来考察.接下来就分别通过几个例题来讲解一下如何用超重失重的观点来解这个知识点的题目.
  一、对超重和失重概念的理解
  主要以选择题的形式来考察,给出四个选项要判断出是失重还是超重,对这类的考察我们要紧抓住加速度向上就是超重,加速度向下是失重,无论超重失重物体质量都不变,变化的是支持面对物体的支持力,把握住了这几点,再解此类题就小菜一碟了.
  例1 四位同学对超重、失重现象作了如下总结,其中不正确的是( )
  (A) 超重就是物体重力增加了,失重就是物体重力减小了
  (B) 物体加速向上运动属于超重,物体加速向下运动属于失重
  (C) 不论超重、失重、还是完全失重,物体所受重力不变
  (D) 超重就是物体对竖直悬挂物的拉力(或对水平支持物的压力)大于重力的现象,失重则是小于重力的现象
  解: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,但不管处于什么状态,物体受到的重力不变.
  答案:(A).
  例2 对于超重和失重的认识,以下正确的是( )
  (A) 人站在体重计时,突然下蹲,体重计示数不变
  (B) 蹦床运动员在上升到最高点时处于平衡状态
  (C) 在减速上升的电梯里人对地板的压力小于重力
  (D) 自由下落的物体不再受重力作用
  解析:人在体重计上突然下蹲时,是一个向下加速的过程,具有向下的加速度,处于失重状态,因此人对体重计的压力小于本身重力,体重计示数要变化,故选项(A)错误;运动员在最高点时要受到重力作用,不是平衡状态,选项(B)错误;减速上升的电梯中的人具有向下的加速度,处于失重状态,对地板的压力小于本身重力,选项(C)正确;物体自由下落时,要受重力作用,选项(D)错误.
  答案:(C)
  从这两个简单的选择题中我们可以发现,对超重失重的概念考察就是一个受力分析的过程,只要判断出加速度方向,题目就能轻松的解答出来.判断加速度方向也是解决选择题的重要一步,那么接下就来说说超重失重计算题的做法.
  二、对超重失重过程分析计算的考察
  此类考点的考察方式主要是以计算题的方式出现,它要求考生能够准确快速的判断出在整个过程中物体是处于一种什么样的运动的状态,是超重还是失重,又或者是平衡状态,在判断正确的情况下再利用牛顿运动定律进行简单的计算.下面也举两个例子来分析一下.
  例3 质量为60 kg的人站在升降机中的台秤上,升降机以2 m/s的速度竖直下降,此人突然发现台秤的读数变为630 N,并持续2 s,求升降机在这2 s内下降了多少米?(g取10 m/s2)
  解:人处于超重状态,升降机的加速度方向向上,它正减速下降,取运动方向为正方向,由牛顿第二定律得mg-FN=ma ①,
  由①式求得物体下降的加速度为a= -0.5 m/s2,
  2 s末升降机的速度为vt=v0+at=2 m/s+(-0.5)×2 m/s=1 m/s.
  升降机在2 s末正继续下降,它在开始减速下降的2 s内,
  下降的高度为h=v0t+12 at2=3 m.
  例4 在建筑工地上,有六人一起打夯,其中四个人牵绳,绳跟竖直方向成60°角,扶夯的两人用力方向竖直向上.设每人用力F均为300 N,每次用力时间为0.2 s,夯重400 N.求夯上升的高度.又设夯落地时跟地面接触的时间为0.1 s,求夯每次打击地面所受到的力.(g取10 m/s2,不计空气阻力)
  解:夯加速上升时的加速度为a1,由牛顿第二定律得2F+4Fcos60°-mg=ma1 ①由①式解得a1=20 m/s2,加速上升的高度为h1=12a1t21=12×20×0.22 m=0.4 m,速度为v1=a1t1=20×0.2 m/s=4 m/s,夯减速上升的高度为h2=v212g m=0.8 m,夯上升的高度为H=h1+h2=1.2 m,夯从最高点落到地面时的速度为v2=2gH m/s=26 m/s,夯打击地面时,夯的加速度大小为a2=
  ΔvΔt
  =206 m/s2,对夯由牛顿第二定律得F-mg=ma2,夯打击地面时所受的力为F=m(g+a)=40×(10+20) N=2360 N.
  综合上面几个例题的讲解分析,我们不难发现,超重失重问题的本质就是考察的受力分析以及牛顿运动定律的应用,能熟练的分析受力和运用牛顿运动定律,此类问题的解答就没有问题了.
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