用牛顿运动定律解决问题二学案和课件
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物理•必修1(人教版)
第七课时 用牛顿运动定律解决问题(二)
水平测试
1．下列说法正确的是( )
A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
解析：从受力上看，失重物体所受合外力向下，超重物体所受合外力向上；从加速度上看，失重物体的加速度向下，而超重物体的加速度向上．A、C、D中的各运动员所受合外力为零，加速度为零，只有B中的运动员处于失重状态．
答案：B
2．一个质量为3 kg的物体，被放置在倾角α＝30°的固定光滑斜面上，在如图所示的甲、乙、丙三种情况下，物体能处于平衡状态的是(g＝10 m/s2)( )
A．仅甲图 B．仅乙图
C．仅丙图 D．甲、乙、丙图
解析：物体受三个力的作用，重力、支持力、拉力．重力沿斜面向下的分力大小为15 N，故只有乙图中能保持平衡，选项B正确．
答案：B
3．某物体在3个共点力的作用下处于静止状态，若把其中一个力F1的方向沿顺时针转过90°而保持其大小不变，其余两个力保持不变，则此时物体所受的合力大小为( )
A．F1 B.2F1
C．2F1 D．无法确定
解析：其它两个力的合力大小为F1，方向与F1反向，当F1转过90°时，三力合力为2F1，B正确．
答案：B
4．质量为m的长方形木块静止在倾角为θ的斜面上，斜面对木块的支持力和摩擦力的合力方向应该是( )
A．沿斜面向下 B．垂直于斜面向上
C．沿斜面向上 D．竖直向上
解析：如图所示，物体受重力mg、支持力FN、摩擦力F而处于静止状态，故支持力与摩擦力的合力必与重力等大反向，D正确．
答案：D
5．如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔，静止时用手指堵住小孔不让它漏水，忽略空气阻力，则( )
A．容器自由下落时，小孔向下漏水
B．将容器竖直抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水
C．将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水
D．将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水
解析：容器沿各个方向抛出时均处于完全失重状态，水中不再产生压力，故不漏水．
答案：D
6．如图所示，粗糙水平面上放置质量分别为m、2m和3m的3个木块，木块与水平面间动摩擦因数相同，其间均用一不可伸长的轻绳相连，轻绳能承受的最大拉力为FT.现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块，使3个木块以同一加速度运动，则以下说法正确的是( )
A．绳断前，a、b两轻绳的拉力比总为4∶1
B．当F逐渐增大到FT时，轻绳a刚好被拉断
C．当F逐渐增大到1.5FT时，轻绳a还不会被拉断
D．若水平面是光滑的，则绳断前，a、b两轻绳的拉力比大于4∶1
解析：取三木块为整体，则有F－6μmg＝6ma，取质量为m、3m的木块为整体，则有FTa－4μmg＝4ma，隔离m则有FTb－μmg＝ma，所以绳断前，a、b两轻绳的拉力比总为4∶1，与F、μ无关，A对D错；当a绳要断时，则a＝FT4m－μg，所以拉力F＝1.5FT，B、C错．
答案：A
7．(双选)原来做匀速运动的升降机内有一被伸长的轻质弹簧拉住、具有一定质量的物体A静止放在地板上，如图所示．现发现A突然被弹簧拉向右方，由此可判断，此时升降机的运动可能是( )
A．加速上升 B．减速上升
C．加速下降 D．减速下降
解析：由于A被拉向右方，说明摩擦力减小，即A与升降机地板间的弹力减小，应为失重现象，加速度向下，故B、C正确．
答案：BC
8．如图所示，一定质量的物体用两根轻绳悬挂在空中，其中绳OA固定不动，绳OB在竖直平面内由水平方向向上转动，则在绳OB由水平转至竖直的过程中，绳OB的张力大小将( )
A．一直变大 B．一直变小
C．先变大后变小 D．先变小后变大
解析：根据重力的作用效果将其分解在绳OA、OB所在的方向上，如图所示，F1是对绳OA的拉力，F2是对绳OB的拉力．由于OA方向不变，当OB向上转动，转到与OA绳方向垂直时，OB上的拉力最小，故OB上的张力先变小后变大．
答案：D
9．(双选)“蹦极”是一项非常刺激的体育运动．某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地悬吊着时的平衡位置，人在从P点落下到最低点c的过程中( )
A．人在Pa段做自由落体运动，处于完全失重状态
B．在ab段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态
C．在bc段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态
D．在c点，人的速度为零，其加速度为零
解析：由于在b点时重力与绳的拉力平衡，则人在ab段重力与拉力的合力的方向向下，产生向下的加速度，则人处于失重状态，在bc段处于超重状态．
答案：AB
素能提高
10．在电梯中，把一重物置于水平台秤上，台秤与力的传感器相连，电梯先从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，然后减速上升，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系(FNt)图象，如图所示，则
(1)电梯在启动阶段经历了多长时间的加速上升过程？
解析：由图象可知：电梯在启动阶段经历了4 s加速上升过程．
答案：4 s
(2)电梯的最大加速度是多少？(g取10 m/s2)
解析：由牛顿第二定律可知：FN－mg＝ma
am＝FNm－mgm＝50－303 m/s2≈6.7 m/s2.
答案：6.7 m/s2
11．滑板运动是一项非常刺激的水上运动．研究表明，在进行滑板运动时，水对滑板的作用力垂直于滑板面．如图所示，运动员在水平牵引力作用下，滑板面与水平面之间的夹角θ＝37°，滑板匀速运动，人和滑板的总质量为100 kg，忽略空气阻力，取g＝10 m/s2，则水平牵引力为(sin 37°＝0.6)( )
A．1 250 N B．1 000 N
C．750 N D．500 N
解析：把人与滑板看作一整体，对其受力分析知：
F′＝mgtan 37°＝100×10×0.75＝750 N，C正确．
答案：C
12．某人在地面上最多能举起60 kg的物体，而在一个加速下降的电梯里最多能举起80 kg的物体．(g取10 m/s2)求：
(1)此电梯的加速度；
解析：站在地面上的人，最大举力F＝m1g＝600 N.
在加速下降的电梯里，人的最大举力不变，由牛顿第二定律：m2g－F＝m2a，
故a＝g－Fm2＝10－60080 m/s＝2.5 m/s2.
答案：2.5 m/s2
(2)若电梯以此加速度上升，则此人在电梯里最多能举起物体的质量．
解析：若电梯加速上升，则由牛顿第二定律：F－m3g＝m3a，所以m3＝Fg＋a＝60012.5 kg＝48 kg.
答案：48 kg
13．如图是电梯上升的速度时间图象，若电梯地板上放一质量为20 kg的物体，g取10 m/s2，则：
(1)前2 s内和4～7 s内物体对地板的压力各为多少？
解析：前2 s内的加速度a1＝3 m/s2.
由牛顿第二定律得F1－mg＝ma1.
F1＝m(g＋a1)＝20×(10＋3) N＝260 N.
4～7 s内电梯做减速运动，加速度大小a2＝2 m/s2.
由牛顿第二定律得mg－F2＝ma2.
F2＝m(g－a2)＝20×(10－2) N＝160 N.
由牛顿第三定律得前2 s内和4～7 s内物体对地板的压力各为260 N和160 N.
答案：260 N 160 N
(2)整个运动过程中，电梯通过的位移为多少？
解析：7 s内的位移为x＝2＋72×6 m＝27 m
答案：27 m
失重条件下的应用
在失重的条件下，熔化了的金属的液滴，形状呈绝对球形，冷却后可以成为理想的滚珠．而在地面上，用现代技术制成的滚珠，并不呈绝对球形．这是造成轴承磨损的重要原因之一．
玻璃纤维(一种很细的玻璃丝，直径为几十微米)，是现代光纤通信的主要部件．在地面上不可能制成很长的玻璃纤维，因为没等到液态的玻璃丝凝固，由于重力的作用，它将被拉成小段．而在太空的轨道上，将可以制造出几百米长的玻璃纤维．
在太空的轨道上，可以制成一种新的泡沫材料――泡沫金属．在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为泡沫金属，这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实．
同样的道理，在失重的条件下，混合物可以均匀地混合，由此可以制成地面上不能得到的特种合金．
电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需要不断增加，其纯度要求为“6个9”至“8个9”，即99.999 9%～99.999 999%.在地面上，冶炼金属需在容器内进行，总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中．而在太空中“悬浮冶炼”，是在失重条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可以获得纯度极高的产品．
在电子技术中所用的晶体，在地面上生长时，由于受重力的影响，晶体的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重条件下，晶体的生长是均匀的，生长出来的晶体也要大得多．在不久的将来，如能在太空建立起工厂，生产出砷化镓的纯晶体，它要比现有的硅晶体优越得多，将会引起电子技术的重大突破．
在太空失重的条件下，会生产出地面上难以生产的一系列产品．建立空间工厂，已经不再是幻想．科学家们在太空中做各种实验，青年学生也可以提出自己的太空实验设想，展开你想象的翅膀，为宇宙开发贡献一份力量！