202X年高中物理第四章第7節(jié)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題（二）課件新人教版必修1

1、學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)1.1.理解共點(diǎn)力作用下物體平衡狀態(tài)的概念以及共點(diǎn)理解共點(diǎn)力作用下物體平衡狀態(tài)的概念以及共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件。力作用下物體的平衡條件。2.2.會(huì)用共點(diǎn)力平衡條件解決有關(guān)力的平衡問題。會(huì)用共點(diǎn)力平衡條件解決有關(guān)力的平衡問題。3.3.通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象, ,理解產(chǎn)生超重、失理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì)。重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì)。一、共點(diǎn)力的平衡條件1.平衡狀態(tài)：一個(gè)物體在力的作用下,保持_或_狀態(tài)。2.平衡條件：_。靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)F合=0【自我思悟】一個(gè)物體同時(shí)受到兩個(gè)大小相等、方向相反的作用力,則該物體一定處于平衡狀態(tài)嗎?提示：不一定。這

2、兩個(gè)力必須是共點(diǎn)力,物體才處于平衡狀態(tài)。二、超重與失重1.超重：(1)定義：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。(2)產(chǎn)生條件：物體具有_(A.豎直向上B.豎直向下)的加速度。大于A2.失重：(1)定義：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。(2)產(chǎn)生條件：物體具有_(A.豎直向上B.豎直向下)的加速度。(3)完全失重。定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?_的狀態(tài)。產(chǎn)生條件：a=g,方向_。小于B等于零豎直向下【自我思悟】物體處于超重或失重狀態(tài)是由物體速度的方向決定的,還是由物體加速度的方向決定的?提示：是由物體加速度的方向決定的,與速度方

3、向無關(guān)。三、從動(dòng)力學(xué)看自由落體運(yùn)動(dòng)1.受力情況：運(yùn)動(dòng)過程中只受_作用,且重力恒定不變,所以物體的_恒定。2.運(yùn)動(dòng)情況：初速度為_的豎直向下的_直線運(yùn)動(dòng)。3.處理豎直上拋運(yùn)動(dòng)的基本公式：(1)位移與時(shí)間的關(guān)系：x=_。(2)速度與位移之間的關(guān)系：_。201v tgt2重力加速度勻加速零v2v022gx【自我思悟】物體在任何星球表面附近自由下落時(shí)的加速度都相同嗎?提示：一般不相同。物體在不同星球表面附近所受的重力一般不同,故加速度一般不相同?！久^(qū)掃描】1.靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都是平衡狀態(tài)。2.處于平衡狀態(tài)的物體所受的合力一定為零。3.超重時(shí)物體的視重增大,失重時(shí)物體的視重減小。4.加速度方向向

4、上時(shí)物體超重,加速度方向向下時(shí)物體失重。5.加速度為g時(shí),物體完全失重。6.物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)不一定超重,物體向下運(yùn)動(dòng)時(shí)不一定失重。7.不管是超重還是失重,物體所受的重力不發(fā)生變化。一、對平衡狀態(tài)及平衡條件的理解 深化理解1.兩種平衡情形：(1)物體在共點(diǎn)力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)。(2)物體在共點(diǎn)力作用下處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.兩種平衡條件的表達(dá)式：(1)F合=0。(2)其中Fx合和Fy合分別是將所受的力進(jìn)行正交分解后,物體在x軸和y軸方向上所受的合力。xyF0F0合合3.由平衡條件得出的三個(gè)結(jié)論：4.求解共點(diǎn)力平衡問題的一般步驟：(1)選取研究對象。(2)將研究對象隔離出來,分析物體的受力情況并畫

5、受力示意圖。(3)根據(jù)物體的受力特點(diǎn)選取適當(dāng)?shù)姆椒?一般采用正交分解法。(4)列方程求解,并檢查答案是否完整、合理。【微思考】速度等于零時(shí),物體一定處于平衡狀態(tài)嗎?提示：不一定。平衡狀態(tài)表現(xiàn)為速度始終不變,當(dāng)物體某一瞬間的速度為零,但加速度不為零時(shí),物體速度會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化,就不是平衡狀態(tài)?！绢}組通關(guān)】【示范題】如圖所示,輕繩OA一端系于天花板上,與豎直方向的夾角為30,水平輕繩OB的一端系在一物體Q上,Q相對于水平桌面靜止,OC繩掛一重為300N的物體P。試求繩子OA的拉力與物體Q受到的摩擦力的大小?！窘忸}探究】(1)結(jié)點(diǎn)O受到哪幾個(gè)力的作用?這幾個(gè)力的合力為多少?提示：結(jié)點(diǎn)O受到OA繩的拉

6、力、OB繩的拉力和OC繩的拉力,這三個(gè)力的合力為零。(2)物體Q受到哪幾個(gè)力的作用?這幾個(gè)力的合力為多少?提示：物體Q受到重力、桌面支持力、OB繩的拉力和靜摩擦力四個(gè)力的作用,這四個(gè)力的合力也是零。(3)OC繩的拉力等于多少?提示：OC繩的拉力等于物體P的重力,即300N?！疽?guī)范解答】對結(jié)點(diǎn)O和物體Q受力分析,如圖所示：對結(jié)點(diǎn)O,由平衡條件可得,在x方向上：FAOsin30=FBO在y方向上：FAOcos30=FCO其中,FCO=GP=300N對物體Q,由平衡條件可得,FOB=Ff=FBO解得：FAO=200 N=346NFf=100 N=173N答案：346N(或200 N)173N(或10

7、0 N)3333【通關(guān)1+1】1.(拓展延伸)【示范題】中,假設(shè)物體Q與桌面之間的最大靜摩擦力為200N,若使物體Q仍保持靜止,則OC繩所懸掛物體的重力不得超過多少?【解析】對結(jié)點(diǎn)O和物體Q受力分析,如圖所示：經(jīng)分析可知,當(dāng)物體Q所受的摩擦力為最大靜摩擦力時(shí),OC繩所懸掛物體的重力最大,此時(shí)FOB=Ffmax=200N。對結(jié)點(diǎn)O,由平衡條件可得,在x方向上：FAOsin30=FBO在y方向上：FAOcos30=FCO其中,FBO=FOB=200N,FCO=GP由以上各式解得,物體P的重力GP=200 N。答案：200 N332.將四塊相同的堅(jiān)固石塊壘成圓弧形的石拱,其中第3、4塊固定在地基上,

8、第1、2塊間的接觸面是豎直的,每塊石塊的兩個(gè)側(cè)面間所夾的圓心角為30。假設(shè)石塊間的摩擦力可以忽略不計(jì),則第1、2塊石塊間的作用力與第1、3塊石塊間的作用力的大小之比為()133A. B. C. D. 3223【解析】選B。以石塊1為研究對象受力分析,如圖所示。由圖可知 =cos30= ,即第1、2塊石塊間的作用力與第1、3塊石塊間的作用力的大小之比為 。2131FF3232【變式訓(xùn)練】1.如圖所示,在一細(xì)繩C點(diǎn)系住一重物P,細(xì)繩兩端A、B分別固定在墻上,使AC保持水平,BC與水平方向成30角,已知細(xì)繩最多只能承受200N的拉力,那么C點(diǎn)懸掛重物的重力最多為多少?這時(shí)細(xì)繩的哪一段即將拉斷?【解析

9、】解法一力的合成法C點(diǎn)受三個(gè)力作用處于平衡狀態(tài),如圖所示,可得出F1與F2的合力F合方向豎直向上,大小等于F,由三角函數(shù)關(guān)系可得出F合=F1sin30=F=mPgF2=F1cos30當(dāng)F1達(dá)到最大值200N時(shí),mPg=100N,F2173N,在此條件下,BC段繩子即將斷裂,AC段繩的拉力F2還未達(dá)到最大值。故C點(diǎn)懸掛重物的重力最多為100N,這時(shí)BC段繩子即將拉斷。解法二正交分解法如圖所示,將拉力F1分解,根據(jù)物體受力平衡可得：F1sin30=F=mPg,F2=F1cos30。后面的分析過程同解法一。答案：100NBC段細(xì)繩即將拉斷2.如圖所示,質(zhì)量為m的物體在傾角為的斜面上恰好勻速下滑。則物

10、體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為多少?【解析】物體的受力如圖所示。由于物體勻速下滑,所以在垂直于斜面方向：FN-mgcos=0 滑動(dòng)摩擦力Ff=FN 沿著斜面方向：mgsin-Ff=0 聯(lián)立,可得=tan。答案：tan【素養(yǎng)升華】共點(diǎn)力平衡問題的解題方法處理共點(diǎn)力的平衡問題時(shí)正確的受力分析是關(guān)鍵。當(dāng)物體受三個(gè)力(不平行)而平衡時(shí),這三個(gè)力一定是共點(diǎn)力,常用以下兩種方法處理問題：(1)正交分解法。若三個(gè)力不能構(gòu)成直角三角形或物體受力較多,一般采用正交分解法求解,物體處于平衡狀態(tài)時(shí),平衡條件為xyF0F0合合(2)三角形法。根據(jù)平衡條件,任兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大反向,把三個(gè)力放于同一個(gè)三角形中,三條邊

11、對應(yīng)三個(gè)力,再利用幾何知識求解。三個(gè)力可以構(gòu)成首尾相連的矢量三角形,這種方法用來討論動(dòng)態(tài)平衡問題較為方便。 二、對超重、失重現(xiàn)象的理解 深化理解1.視重：當(dāng)物體掛在彈簧測力計(jì)下或放在水平臺秤上時(shí),彈簧測力計(jì)或臺秤的示數(shù)稱為“視重”,大小等于彈簧測力計(jì)所受的拉力或臺秤所受的壓力。當(dāng)物體處于超重或失重時(shí),物體的重力并未變化,只是視重變了。2.超重、失重的分析：特征特征狀態(tài)狀態(tài)加速加速度度視重視重(F)(F)與與重力關(guān)系重力關(guān)系運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)情況情況受力圖受力圖平衡平衡a=0a=0F=mgF=mg靜止或勻靜止或勻速直線運(yùn)速直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)特征特征狀態(tài)狀態(tài)加速加速度度視重視重(F)(F)與與重力關(guān)系重力關(guān)系運(yùn)動(dòng)運(yùn)

12、動(dòng)情況情況受力圖受力圖超重超重向上向上F=m(g+a)mgF=m(g+a)mg向上加速向上加速向下減速向下減速失重失重向下向下F=m(g-a)mgF=m(g-a)mg向下加速向下加速向上減速向上減速完全完全失重失重a=ga=gF=0F=0自由落體自由落體, ,拋拋體體, ,正常運(yùn)行正常運(yùn)行的衛(wèi)星等的衛(wèi)星等【微思考】在太空中,宇航員可以飄浮在宇宙飛船中是由于宇航員處于完全失重狀態(tài),如果說宇航員在太空中不受重力作用了,對嗎?說明理由。提示：不對。完全失重時(shí),物體所受重力全部用來產(chǎn)生加速度,不再使物體對支持面或懸掛繩產(chǎn)生壓力或拉力,但重力沒有變化,是其作用效果變了?！绢}組通關(guān)】【示范題】一個(gè)質(zhì)量是6

13、0kg的人站在升降機(jī)的地板上,升降機(jī)的頂部懸掛著一個(gè)彈簧測力計(jì),彈簧測力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量是50kg的物體。當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)動(dòng)時(shí),該人看到彈簧測力計(jì)的示數(shù)為400N,求此時(shí)人對升降機(jī)地板的壓力。(g取10m/s2)【解題探究】(1)彈簧測力計(jì)下面的物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)?判斷的依據(jù)是什么?提示：彈簧測力計(jì)的示數(shù)小于物體的重力,故處于失重狀態(tài)。(2)如何求解人具有的加速度?提示：人和物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一樣,加速度也相同,根據(jù)物體的受力情況求出物體的加速度,即得出人的加速度?！疽?guī)范解答】以物體為研究對象,受力分析如圖所示,選取向上的方向?yàn)檎较?由牛頓第二定律得：FT-mg=ma,a= m/s2=

14、-2m/s2再以人為研究對象,他受到向下的重力m人g和地板的支持力FN,由牛頓第二定律得：FN-m人g=m人a,FN=m人a+m人g=60(10-2)N=480N由牛頓第三定律可知,人對地板的壓力為480N,方向豎直向下。答案：480N方向豎直向下TFmg40050 10m50【通關(guān)1+1】1.(拓展延伸)【示范題】中,若人對地板的壓力為720N,則彈簧測力計(jì)的示數(shù)為多少?【解析】以人為研究對象,據(jù)牛頓第三定律可知,地板對人的支持力FN=720N;由牛頓第二定律得升降機(jī)的加速度a= m/s2=2m/s2,方向豎直向上。NFm gm人人72060060以物體為研究對象,設(shè)彈簧測力計(jì)對物體的拉力為

15、FT,則根據(jù)牛頓第二定律得FT-mg=ma,所以FT=m(g+a)=50(10+2)N=600N,即彈簧測力計(jì)的示數(shù)為600N。答案：600N2.(多選)彈簧測力計(jì)掛在升降機(jī)的頂板上,下端掛一質(zhì)量為2kg的物體。當(dāng)升降機(jī)在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí),彈簧測力計(jì)的示數(shù)始終是16N。如果從升降機(jī)的速度大小為3m/s時(shí)開始計(jì)時(shí),則經(jīng)過1s,升降機(jī)的位移大小可能是(g取10m/s2)()A.3mB.8mC.2mD.4m【解析】選C、D。由于彈簧測力計(jì)的示數(shù)小于物體的重力,故物體處于失重狀態(tài),加速度方向豎直向下;由牛頓第二定律可得：mg-F=ma,故加速度大小a= m/s2=2m/s2;當(dāng)物體加速向下運(yùn)動(dòng)時(shí),1s內(nèi)

16、的位移x1=v0t+ at2=31m+ 212m=4m,選項(xiàng)D正確;當(dāng)物體減速向上運(yùn)動(dòng)時(shí),1s內(nèi)的位移x2=v0t- at2=31m- 212m=2m,選項(xiàng)C正確。mgF2 10 16m212121212【變式訓(xùn)練】1.關(guān)于超重與失重的說法正確的是()A.游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面上靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)B.在超重現(xiàn)象中,物體的重力是增大的C.處于完全失重狀態(tài)的物體,其重力一定為零D.如果物體處于失重狀態(tài),它必然有豎直向下的加速度【解析】選D。失重是指彈力小于重力,合力豎直向下的情形,即加速度方向向下,故D對;運(yùn)動(dòng)員處于靜止?fàn)顟B(tài),合力為零,既不失重,也不超重,A錯(cuò)誤;不管是超重還是失重,物體的重力是

17、不變的,B、C錯(cuò)誤。2.著名籃球運(yùn)動(dòng)員姚明某次投籃跳起可分為下蹲、蹬地(加速上升)、離地上升、下落四個(gè)過程,下列關(guān)于蹬地和離地上升兩個(gè)過程的說法正確的是(忽略空氣阻力)()A.兩過程中姚明都處于超重狀態(tài)B.兩過程中姚明都處于失重狀態(tài)C.前過程為超重狀態(tài),后過程為完全失重狀態(tài)D.前過程為完全失重狀態(tài),后過程為超重狀態(tài)【解析】選C。蹬地過程中,人的加速度方向豎直向上,故人處于超重狀態(tài);離地上升過程中,人只受到重力的作用,故人的加速度為g,方向豎直向下,人處于完全失重狀態(tài)。故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤?！舅仞B(yǎng)升華】判斷超重、失重狀態(tài)的方法(1)從受力的角度判斷：當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大

18、于重力時(shí),物體處于超重狀態(tài),小于重力時(shí)處于失重狀態(tài),等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)。(2)從加速度的角度判斷：當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài),具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài),向下的加速度為g時(shí)處于完全失重狀態(tài)。(3)超失重口訣：超重與失重,全由a的方向定,向上為超重,向下為失重。 【資源平臺】備選角度：與v-t圖像相結(jié)合的超重、失重問題【示范題】如圖所示為一升降機(jī)由靜止開始下降過程中的速度圖像,升降機(jī)及其載重總質(zhì)量為2.0t。(1)由圖像判斷出升降機(jī)在哪段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)超重、失重現(xiàn)象?(2)求出02s、26s、68s時(shí)間內(nèi)懸掛升降機(jī)的鋼索的拉力大小。(g取10m/s2)【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)68s內(nèi),

19、升降機(jī)向下做減速運(yùn)動(dòng),加速度方向豎直向上,升降機(jī)處于超重狀態(tài);02s內(nèi)升降機(jī)向下做加速運(yùn)動(dòng),加速度方向豎直向下,升降機(jī)處于失重狀態(tài)。(2)02s內(nèi),a1= m/s2=4m/s2;由牛頓第二定律可得mg-F1=ma1,故F1=mg-ma1=2.010310N-2.01034N=1.2104N26s內(nèi),a2=0,故F2=mg=2.0104N68s內(nèi),a3= m/s2=-4m/s2;由牛頓第二定律可得mg-F3=ma3,故F3=mg-ma3=2.010310N+2.01034N=2.8104N11v80t233v08t2答案：(1)68s內(nèi)超重,02s內(nèi)失重(2)1.2104N2.0104N2.81

20、04N動(dòng)態(tài)平衡問題的分析技巧【案例剖析】如圖所示,小球用細(xì)繩系住,繩的另一端固定于O點(diǎn),現(xiàn)用水平力F緩慢推動(dòng)斜面體,小球在斜面上無摩擦地滑動(dòng),細(xì)繩始終處于直線狀態(tài),當(dāng)小球升到接近斜面頂端時(shí)細(xì)繩接近水平,此過程中斜面對小球的支持力FN以及繩對小球的拉力FT的變化情況是()A.FN保持不變,FT不斷增大B.FN不斷增大,FT不斷減小C.FN保持不變,FT先增大后減小D.FN不斷增大,FT先減小后增大【精講精析】選D。力F推動(dòng)斜面的過程中,小球始終處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),由力的平衡條件知,支持力與繩的拉力的合力與小球所受重力始終等大反向,根據(jù)平行四邊形定則作出三力關(guān)系圖如圖所示,當(dāng)小球升到接近斜面頂端的過程中,細(xì)繩的拉力由開始方向向水平方向變化,由圖可判斷,FN不斷增大,FT先減小后增大,A、B、C錯(cuò),D對?！久麕熤附颉繄D解法的應(yīng)用技巧相對解析法而言,圖解