【文章內(nèi)容簡介】 用試算的方法，若題中不知物體是否是一直做勻加速直線運動，可以通過計算確定摩擦力的情況，進而確定物理過程． 例 如圖所示，有一水平傳送帶以 2 m /s 的速度勻速運動，現(xiàn)將一物體輕輕放在傳送帶上，若物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為 ，則傳送帶將該物體傳送 10 m 的距離所需時間為多少？ 【錯解】 由于物體輕放在傳送帶上，所以 v0＝ 0 ，物體在豎直方向合外力為零，在水平方向受到滑動摩擦力 ( 傳送帶施加 ) ，做 v0＝ 0 的勻加速運動，位移為 10 m . 據(jù)牛頓第二定律 F ＝ ma 有 f ＝ μmg ＝ ma ， a ＝ μg ＝ 5 m /s2. 據(jù)初速為零的勻加速直線運動位移公式 s ＝12at2可知 t ＝2 xa＝ 2 s. ? 【 正解 】 上述解法錯在對這一物理過程的認識．傳送帶上輕放的物體的運動有可能分為兩個過程．一是在滑動摩擦力作用下做勻加速直線運動；二是達到與傳送帶相同速度后，無相對運動，也無摩擦力，物體開始做勻速直線運動．關(guān)鍵問題應(yīng)分析出什么時候達到傳送帶的速度，才可以對問題進行解答． ? 以傳送帶上輕放物體為研究對象，如圖所示， ? 在豎直方向受重力和支持力，在水平方向受 ? 滑動摩擦力，做 v0＝ 0的勻加速運動． ? 據(jù)牛頓第二定律： F＝ ma， ? 水平方向： f＝ ma① ? 豎直方向： N－ mg＝ 0② ? f＝ μN③ ? 由式①②③解得 a＝ 5 m/s2 ? 設(shè)經(jīng)時間 t1，物體速度達到傳送帶的速度，據(jù)勻加速直線運動的速度公式 vt＝ v0＋ at④ ? 解得 t1＝ s. ? 時間 t1內(nèi)物體的位移 s1＝ at2/2＝ 5 ＝ m10 m. ? 物體位移為 m時，物體的速度與傳送帶的速度相同，物體 s后無摩擦力，開始做勻速運動 s2＝ v2t2⑤ ? 因為 s2＝ s－ s1＝ 10 m－ m＝ m， v2＝ 2 m/s， ? 代入式⑤得 t2＝ s. ? 則傳送 10 m所需時間為 t＝ s＋ s＝ s. ? 【 答案 】 s 第 3節(jié) 牛頓第二定律的應(yīng)用 ? 一、超重和失重 分類 受力特征 運動特征 (產(chǎn)生條件 ) 運動狀態(tài) 超重 物體對支持物的壓力 (或?qū)覓煳锏睦Γ步幸曋?)________物體所受重力的現(xiàn)象 物體具有________的加速度 向上 ____運動或向下 ______運動 失重 物體對支持物的壓力 (或?qū)覓煳锏睦?)________物體所受重力的現(xiàn)象 物體具有________的加速度 向上 ____運動或向下 ______運動 完全 失重 物體對支持物的壓力 (或?qū)覓煳锏睦?)等于________的現(xiàn)象 物體向下的加速度為 ____時 向上 ____運動或向下 ______運動 ? 二、整體法和隔離法 ? 1. 整體法 在研究物理問題時，把所研究的對象作為一個________來處理的方法，當整體受到的外力已知時，可用________求出整體的加速度． ? 2. 隔離法 將研究對象從整體中隔離出來進行研究，最終得出結(jié)論的方法． ? 3. 外力和內(nèi)力 如果以物體系統(tǒng)為研究對象，受到系統(tǒng)之外的物體的作用力，這些力是該系統(tǒng)受到的 ________，而系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力為 ________．應(yīng)用牛頓第二定律列方程時不考慮內(nèi)力，如果把某物體隔離出來作為研究對象，則 ________將轉(zhuǎn)換為隔離體的 ________． ? 自我校對 ? 一、 大于 豎直向上 加速 減速 小于 豎直向下 減速 加速 0 g 減速 加速 ? 二、 1. 整體 合外力 3. 外力 內(nèi)力 內(nèi)力 外力 ? 考點 1 對超重和失重的理解 ? 1. 根據(jù)加速度判斷超重和失重 加速度情況 視重 (繩的拉力或 支持物的支持力 ) 超重和失重 a＝ 0 F＝ mg 既不超重也不失重 方向豎直向上 F＝ m(g＋ a) 超重 方向豎直向下 F＝ m(g－ a) 失重 等于重力加速度 F＝ 0 完全失重 說明：加速度有豎直方向的分量相應(yīng)的對應(yīng)著超重或失重 ? 2. 關(guān)于超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象的幾個問題 重力是 否變化 在失重、超重現(xiàn)象中，物體所受的重力始終不變，只是測力計的示數(shù) (又稱視重 )發(fā)生了變化，好像物體的重力增大或減小 是否與速度的方向有關(guān) 物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，取決于物體在豎直方向 (或豎直分量 )的加速度方向，與物體的運動方向無關(guān) 是否一定在豎直方向上運動 超重時物體具有向上的加速度或具有向上的加速度分量；失重時物體具有向下的加速度或具有向下的加速度分量；物體不一定是豎直方向上的運動 關(guān)于完 全失重 當物體處于完全失重狀態(tài) (a＝ g)時，一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失，如單擺停擺、天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產(chǎn)生壓強，繞地球做勻速圓周運動的飛行器中與重力有關(guān)的儀器不能正常工作 (測力計可測拉力 ) 例 1 ( 高考改編題 ) 如圖所示，木箱內(nèi)有一豎直放置的彈簧，彈簧上方有一物塊，木箱靜止時彈簧處于壓縮狀態(tài)且物塊壓在箱頂上．若在某一段時間內(nèi)，物塊對箱頂剛好無壓力，則在此段時間內(nèi)，木箱的運動狀態(tài)可能為 ( ) A . 加速下降 B . 勻速上升 C . 減速上升 D. 減速下降 【點撥】 根據(jù)已知確定物體的加速度方向→確定物體所處的運動狀態(tài)是超重或失重→根據(jù)超重和失重狀態(tài)確定運動狀態(tài) ? 【 解析 】 分析木箱靜止時的受力情況，此時物塊對箱頂有壓力，說明物塊受到箱頂向下的壓力，彈簧的彈力大于物體受到的重力，當物塊對箱頂剛好無壓力時，物體只受到重力和彈簧的彈力，系統(tǒng)具有向上的加速度，是超重狀態(tài)，所以木箱的運動狀態(tài)可能為加速上升或減速下降， D正確． ? 【 答案 】 D ? 點睛筆記 物體超重和失重的實質(zhì)是物體具有豎直方向的加速度，當加速度向上時，物體的運動狀態(tài)一定是超重狀態(tài)；當加速度向下時，物體的運動狀態(tài)一定是失重狀態(tài) ? 1. (高考改編題 )某人在地面上用彈簧秤稱得體重為 490 N．他將彈簧秤移至電梯內(nèi)稱其體重， t0至 t3時間段內(nèi)，彈簧秤的示數(shù)如圖所示，電梯運行的 vt圖可能是 (取電梯向上運動的方向為正 ) ( ) ? 【 解析 】 由圖可知，在 t0～ t1時 ? 間內(nèi)，彈簧秤的示數(shù)小于實際重 ? 量，則處于失重狀態(tài)，此時具有 ? 向下的加速度；在 t1～ t2階段彈簧 ? 秤示數(shù)等于實際重量，則既不超 ? 重也不失重；在 t2～ t3階段，彈簧 ? 秤示數(shù)大于實際重量，則處于超 ? 重狀態(tài)，具有向上的加速度．若電梯向下運動，則 t0～ t1時間內(nèi)向下加速， t1～ t2階段勻速運動， t2～ t3階段減速下降，A正確， BD錯誤， C項 t0～ t1內(nèi)超重，不符合題意． ? 【 答案 】 A 考點 2 整體法與隔離法 適用情況 用途 優(yōu)點 解題步驟 整 體 法 若系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度且不需要求解物體之間的作用力 主要是用 來求解物 體系受外 部作用力 或整體加 速度 可以避免 對整體內(nèi) 部進行復(fù) 雜的分析， 常常使問 題解答更 簡潔明了 (1)明確研究的系統(tǒng)或運動的全過程 (2)畫出系統(tǒng)的受力圖和運動全過程的示意圖 (3)尋找未知量與已知量之間的關(guān)系，選擇適當?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解 隔 離 法 系統(tǒng)內(nèi)各 物體的加 速度不相 同，且需要 求解物體 之間的作 用力 主要是用 來求解系 統(tǒng)內(nèi)各部 分的相互 作用力 能排除與 研究對象 無關(guān)的因 素，使事物 的特征明 顯地顯示 出來，從而 進行有效 的處理 (1)明確研究對象或過程、狀態(tài)，選擇隔離對象．選擇原則：一要包含待求量，二是所選隔離對象和所列方程數(shù)盡可能少 (2)將研究對象從系統(tǒng)中隔離出來，或?qū)⒀芯康哪碃顟B(tài)、某過程從運動的全過程中隔離出來 ? 特別提醒 整體法和隔離法不是相互對立的，一般隨著研究對象的轉(zhuǎn)化，往往兩種方法交替運用，若系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度，且要求物體之間的作用力時，可以先整體法求出加速度，然后再用隔離法選取合適的研究對象，應(yīng)用牛頓第二定律球作用力，即“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力”，否則分別隔離求解 . ? 例 2（ 2020安徽高考卷 )在 2020年北京殘奧 ? 會開幕式上，運動員手拉繩索向上攀登，最 ? 終點燃了主火炬，體現(xiàn)了殘疾運動員堅忍不 ? 拔的意志和自強不息的精神．為了探究上升 ? 過程中運動員與繩索和吊椅間的作用，可將 ? 過程簡化．一根不可伸縮的輕繩跨過輕質(zhì)的 ? 定滑輪，一端掛一吊椅，另一端被坐在吊椅 ? 上的運動員拉住，如圖所示．設(shè)運動員的質(zhì) ? 量為 65 kg，吊椅的質(zhì)量為 15 kg，不計定滑輪與繩子間的摩擦．重力加速度取 g＝ 10 m/a＝ 1 m/s2上升時，試求： ? (1)運動員豎直向下拉繩的力． ? (2)運動員對吊椅的壓力． ? 【 點撥 】 (1)先用整體法求加速度，后用隔離法求運動員與吊椅間的相互作用力． ? (2)整體法和隔離法的聯(lián)系點是加速度，即根據(jù)整體法和隔離法求得的加速度相同 . ? 【 解析 】 解法一： (1)設(shè)運動員受到繩向上的拉力為 F，由于跨過定滑輪的兩段繩子拉力相等，吊椅受到繩的拉力也是 ，則有：2F－ (m人 ＋ m椅 )g＝ (m人 ＋ m椅 )a， ? F＝ 440 N. ? 由牛頓第三定律可知運動員豎直向下拉繩的力 ? F′＝ 440 N. ? (2)設(shè)吊椅對運動員的支持力為 N，對運動員進行受力分析如圖所示，則有： ? F＋ N－ m人 g＝ m人 a， ? N＝ 275 N， ? 由牛頓第三定律，運動員對吊椅 ? 的壓力也為 275 N. ? 解法二：設(shè)運動員和吊椅的質(zhì)量 ? 分別為 M和 m；運動員豎直向下 ? 的拉力為 F，對吊椅的壓力大小 ? 為 ，繩對運 ? 動員的拉力大小為 F，吊椅對運動員的支持力為 動員和吊椅為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律可得： F＋ N－Mg＝ Ma① ? F－ N－ mg＝ ma② ? 由①②得 F＝ 440 N， N＝ 275 N. ? 【 答案 】 (1)440 N (2)275 N ? 點睛筆記 運用整體法分析問題時，系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度的大小各方向均應(yīng)相同，如果系統(tǒng)內(nèi)物體的加速度不同或僅大小相同（如通過滑輪連接的物體），應(yīng)采用隔離法求解 2. (2020重慶模擬 )質(zhì)量為 M的人站在地面 上，用繩通過定滑輪將質(zhì)量為 m的重物從 高處放下，如圖所示，若重物以加速度 a 向下降落 (ag)，則人對地面的壓力大小 為 ( ) A. (m＋ M)g－ ma B. M(g－ a)－ ma C. (M－ m)g＋ ma D. Mg－ ma ? 【 解析 】 以重物 m為研究對象，物體受重力 mg，繩子拉