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

1、學習學習目標目標1.1.理解共點力作用下物體平衡狀態(tài)的概念以及共點理解共點力作用下物體平衡狀態(tài)的概念以及共點力作用下物體的平衡條件。力作用下物體的平衡條件。2.2.會用共點力平衡條件解決有關力的平衡問題。會用共點力平衡條件解決有關力的平衡問題。3.3.通過實驗認識超重和失重現(xiàn)象通過實驗認識超重和失重現(xiàn)象, ,理解產(chǎn)生超重、失理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實質。重現(xiàn)象的條件和實質。一、共點力的平衡條件1.平衡狀態(tài)：一個物體在力的作用下,保持_或_狀態(tài)。2.平衡條件：_。靜止勻速直線運動F合=0【自我思悟】一個物體同時受到兩個大小相等、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、兩個力必須是共點力,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(或對懸掛物的拉力)_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(或對懸掛物的拉力)_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(或對懸掛物的拉力)_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。三、從動力學看自由落體運動1.受力情況：運動過程中只受_作用,且重力恒定不變,所以物體的_恒定。2.運動情況：初速度為_的豎直向下的_直線運動。3.處理豎直上拋運動的基本公式：(1)位移與時間的關系：x=_。(2)速度與位移之間的關系：_。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。【盲區(qū)掃描】1.靜止或勻速直線運動狀態(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.超重時物體的視重增大,失重時物體的視重減小。4.加速度方向向

4、上時物體超重,加速度方向向下時物體失重。5.加速度為g時,物體完全失重。6.物體向上運動時不一定超重,物體向下運動時不一定失重。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)物體在共點力作用下處于靜止狀態(tài)。(2)物體在共點力作用下處于勻速直線運動狀態(tài)。2.兩種平衡條件的表達式：(1)F合=0。(2)其中Fx合和Fy合分別是將所受的力進行正交分解后,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結論：4.求解共點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)物體的受力特點選取適當?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?！疚⑺伎肌克俣鹊扔诹銜r,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,當物體某一瞬間的速度為零,但加速度不為零時,物體速度會隨時間發(fā)生變化,就不是平衡狀態(tài)?！绢}組通關】【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)結點O受到哪幾個力的作用?這幾個力的合力為多少?提示：結點O受到OA繩的拉

6、力、OB繩的拉力和OC繩的拉力,這三個力的合力為零。(2)物體Q受到哪幾個力的作用?這幾個力的合力為多少?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力的作用,這四個力的合力也是零。(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。【規(guī)范解答】對結點O和物體Q受力分析,如圖所示：對結點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1+1】1.(拓展延伸)【示范題】中,假設物體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】對結點O和物體Q受力分析,如圖所示：經(jīng)分析可知,當物體Q所受的摩擦力為最大靜摩擦力時,OC繩所懸掛物體的重力最大,此時FOB=Ffmax=200N。對結點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,每塊石塊的兩個側面間所夾的圓心角為30。假設石塊間的摩擦力可以忽略不計,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【變式訓練】1.如圖所示,在一細繩C點系住一重物P,細繩兩端A、B分別固定在墻上,使AC保持水平,BC與水平方向成30角,已知細繩最多只能承受200N的拉力,那么C點懸掛重物的重力最多為多少?這時細繩的哪一段即將拉斷?【解析

9、】解法一力的合成法C點受三個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)關系可得出F合=F1sin30=F=mPgF2=F1cos30當F1達到最大值200N時,mPg=100N,F2173N,在此條件下,BC段繩子即將斷裂,AC段繩的拉力F2還未達到最大值。故C點懸掛重物的重力最多為100N,這時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段細繩即將拉斷2.如圖所示,質量為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】共點力平衡問題的解題方法處理共點力的平衡問題時正確的受力分析是關鍵。當物體受三個力(不平行)而平衡時,這三個力一定是共點力,常用以下兩種方法處理問題：(1)正交分解法。若三個力不能構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,平衡條件為xyF0F0合合(2)三角形法。根據(jù)平衡條件,任兩個力的合力與第三個力等大反向,把三個力放于同一個三角形中,三條邊

11、對應三個力,再利用幾何知識求解。三個力可以構成首尾相連的矢量三角形,這種方法用來討論動態(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：當物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時,彈簧測力計或臺秤的示數(shù)稱為“視重”,大小等于彈簧測力計所受的拉力或臺秤所受的壓力。當物體處于超重或失重時,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)與與重力關系重力關系運動運動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速直線運動動特征特征狀態(tài)狀態(tài)加速加速度度視重視重(F)(F)與與重力關系重力關系運動運

12、動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, ,正常運行正常運行的衛(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,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】【示范題】一個質量是6

13、0kg的人站在升降機的地板上,升降機的頂部懸掛著一個彈簧測力計,彈簧測力計下面掛著一個質量是50kg的物體。當升降機向上運動時,該人看到彈簧測力計的示數(shù)為400N,求此時人對升降機地板的壓力。(g取10m/s2)【解題探究】(1)彈簧測力計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：人和物體的運動狀態(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。【規(guī)范解答】以物體為研究對象,受力分析如圖所示,選取向上的方向為正方向,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,設彈簧測力計對物體的拉力為

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,即彈簧測力計的示數(shù)為600N。答案：600N2.(多選)彈簧測力計掛在升降機的頂板上,下端掛一質量為2kg的物體。當升降機在豎直方向運動時,彈簧測力計的示數(shù)始終是16N。如果從升降機的速度大小為3m/s時開始計時,則經(jīng)過1s,升降機的位移大小可能是(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;當物體加速向下運動時,1s內

16、的位移x1=v0t+ at2=31m+ 212m=4m,選項D正確;當物體減速向上運動時,1s內的位移x2=v0t- at2=31m- 212m=2m,選項C正確。mgF2 10 16m212121212【變式訓練】1.關于超重與失重的說法正確的是()A.游泳運動員仰臥在水面上靜止不動時處于失重狀態(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;運動員處于靜止狀態(tài),合力為零,既不失重,也不超重,A錯誤;不管是超重還是失重,物體的重力是

17、不變的,B、C錯誤。2.著名籃球運動員姚明某次投籃跳起可分為下蹲、蹬地(加速上升)、離地上升、下落四個過程,下列關于蹬地和離地上升兩個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C正確,選項A、B、D錯誤。【素養(yǎng)升華】判斷超重、失重狀態(tài)的方法(1)從受力的角度判斷：當物體所受向上的拉力(或支持力)大

18、于重力時,物體處于超重狀態(tài),小于重力時處于失重狀態(tài),等于零時處于完全失重狀態(tài)。(2)從加速度的角度判斷：當物體具有向上的加速度時處于超重狀態(tài),具有向下的加速度時處于失重狀態(tài),向下的加速度為g時處于完全失重狀態(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圖像相結合的超重、失重問題【示范題】如圖所示為一升降機由靜止開始下降過程中的速度圖像,升降機及其載重總質量為2.0t。(1)由圖像判斷出升降機在哪段時間內出現(xiàn)超重、失重現(xiàn)象?(2)求出02s、26s、68s時間內懸掛升降機的鋼索的拉力大小。(g取10m/s2)【標準解答】(1)68s內,

19、升降機向下做減速運動,加速度方向豎直向上,升降機處于超重狀態(tài);02s內升降機向下做加速運動,加速度方向豎直向下,升降機處于失重狀態(tài)。(2)02s內,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,a2=0,故F2=mg=2.0104N68s內,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內超重,02s內失重(2)1.2104N2.0104N2.81

20、04N動態(tài)平衡問題的分析技巧【案例剖析】如圖所示,小球用細繩系住,繩的另一端固定于O點,現(xiàn)用水平力F緩慢推動斜面體,小球在斜面上無摩擦地滑動,細繩始終處于直線狀態(tài),當小球升到接近斜面頂端時細繩接近水平,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推動斜面的過程中,小球始終處于動態(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系圖如圖所示,當小球升到接近斜面頂端的過程中,細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,D對?！久麕熤附颉繄D解法的應用技巧相對解析法而言,圖解