用牛頓運動定律解決問題（二）

1、 7 7 用牛頓運動定律解決問題用牛頓運動定律解決問題( (二二) )1.1.飛船中的物體怎飛船中的物體怎么會飄起來？么會飄起來？2.2.地面上會不會地面上會不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？出現(xiàn)這種現(xiàn)象？1 1. .知道什么是物體處于平衡狀態(tài)。知道在共點力知道什么是物體處于平衡狀態(tài)。知道在共點力作用下物體的平衡條件，即合力為作用下物體的平衡條件，即合力為0 0。( (重點重點) ) 2 2. .知道物理學(xué)中超重和失重現(xiàn)象的含義，能通過知道物理學(xué)中超重和失重現(xiàn)象的含義，能通過牛頓運動定律對它們進(jìn)行定量的分析，并能分析牛頓運動定律對它們進(jìn)行定量的分析，并能分析和說明一些簡單的相關(guān)問題和說明一些簡單的相關(guān)問題。3

2、.3.能解答以自由落體運動為基礎(chǔ)的豎直方向上的能解答以自由落體運動為基礎(chǔ)的豎直方向上的運動學(xué)問題運動學(xué)問題( (豎直上拋、豎直下拋等豎直上拋、豎直下拋等) )。一、共點力的平衡條件一、共點力的平衡條件1.1.平衡狀態(tài)：如果一個物體在力的作用下，保持靜平衡狀態(tài)：如果一個物體在力的作用下，保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，我們就說這個物體處于平止或勻速直線運動狀態(tài)，我們就說這個物體處于平衡狀態(tài)。衡狀態(tài)。2.2.共點力作用下物體的平衡條件是合力為。共點力作用下物體的平衡條件是合力為。3.3.平衡條件的四個推論平衡條件的四個推論(1)(1)若物體在兩個力同時作用下處于平衡狀態(tài)，則這若物體在兩個力同時作用下處

3、于平衡狀態(tài)，則這兩個力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上，兩個力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上，其合力為零，這就是初中學(xué)過的二力平衡。其合力為零，這就是初中學(xué)過的二力平衡。(2)(2)物體在三個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，任意兩物體在三個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，任意兩個力的合力與第三個力等大、反向。個力的合力與第三個力等大、反向。(3)(3)物體在物體在n n個非平行力同時作用下處于平衡狀態(tài)個非平行力同時作用下處于平衡狀態(tài)時，時，n n個力必定共面共點，合力為零，稱為個力必定共面共點，合力為零，稱為n n個共個共點力的平衡，其中任意點力的平衡，其中任意(n-1)(n-1)個力的合力

4、必定與第個力的合力必定與第n n個力等大、反向，作用在同一直線上。個力等大、反向，作用在同一直線上。(4)(4)當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時，沿任意方向物體的合當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時，沿任意方向物體的合力均為零。力均為零。4.4.研究物體平衡的基本思路和基本方法研究物體平衡的基本思路和基本方法 (1)(1)合成法合成法很多情況下物體受到三個力的作用很多情況下物體受到三個力的作用而平衡，其中任意兩個力的合力必而平衡，其中任意兩個力的合力必定跟第三個力等大反向。定跟第三個力等大反向。G GF F1 1F F2 2F F(2)(2)分解法分解法物體受三個共點力平衡時，也可物體受三個共點力平衡時，也可以把其中一

5、個力進(jìn)行分解以把其中一個力進(jìn)行分解( (一般采一般采用正交分解法用正交分解法) )。這種方法稱為分。這種方法稱為分解法。解法。G GF F1 1F F2 2F F1 1xF F1 1y當(dāng)物體受三個以上共點力平衡時，一般采用分解法。當(dāng)物體受三個以上共點力平衡時，一般采用分解法?！镜淅淅? 1】城市中的路燈，無軌電車的供電線路等，城市中的路燈，無軌電車的供電線路等，經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛。圖為這類結(jié)構(gòu)的一種簡化經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛。圖為這類結(jié)構(gòu)的一種簡化模型。圖中硬桿模型。圖中硬桿OBOB可繞通過可繞通過B B點且垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)點且垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)動，鋼索和硬桿的重量都可忽略。如果懸掛物的重

6、量動，鋼索和硬桿的重量都可忽略。如果懸掛物的重量為為G G，角，角AOBAOB等于等于，鋼索，鋼索OAOA對對O O點的拉力和硬桿點的拉力和硬桿OBOB對對O O點的支持力各是多大？點的支持力各是多大？解析：解析： F cosFF sinGGFsinGFtan 121121.1.輕質(zhì)細(xì)繩中的受力特點：兩端受力大小相等，輕質(zhì)細(xì)繩中的受力特點：兩端受力大小相等，內(nèi)部張力處處相等。內(nèi)部張力處處相等。2.2.硬桿僅兩端受力時硬桿僅兩端受力時( (桿處于平衡狀態(tài)桿處于平衡狀態(tài)) )的特點：的特點：這兩個力必然沿硬桿的方向且大小相等。這兩個力必然沿硬桿的方向且大小相等。3.3.節(jié)點節(jié)點O O也是一理想化模

7、型。也是一理想化模型。 C C視重視重：物體對物體對懸掛物的拉力懸掛物的拉力或者對支持物或者對支持物的壓力的壓力GF1實重實重：物物體實際的體實際的重力重力把物體掛在彈簧測力計下，用手帶動彈簧秤和物體把物體掛在彈簧測力計下，用手帶動彈簧秤和物體一起：一起：1.1.靜止靜止 2.2.向上加速運動向上加速運動3.3.向下加速運動向下加速運動觀察彈簧測力計的示數(shù)如何變化？觀察彈簧測力計的示數(shù)如何變化？拉力大于重力拉力大于重力( (視重大于實重視重大于實重) )拉力小于重力拉力小于重力( (視重小于實重視重小于實重) )根據(jù)二力平衡拉力等于重力根據(jù)二力平衡拉力等于重力【觀察與思考觀察與思考】N/二、超

8、重現(xiàn)象二、超重現(xiàn)象以一個站在升降機里的體重計上的人為例分析：以一個站在升降機里的體重計上的人為例分析：設(shè)人的質(zhì)量為設(shè)人的質(zhì)量為m m，升降機以加速度，升降機以加速度a a加速上升。加速上升。va G分析：對人和升降機受力分析如圖分析：對人和升降機受力分析如圖F F合合 = N - G= N - GF F合合 = N - G = m a= N - G = m a故：故：N = G + m aN = G + m a人受到的支持力人受到的支持力N N大于人受到的重力大于人受到的重力G G再由牛頓第三定律得：壓力再由牛頓第三定律得：壓力N N大于重力大于重力G G。N總結(jié)：物體對支持物的壓力總結(jié)：物體

9、對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦驅(qū)覓煳锏睦α?大于物體所受重力的情況稱為超重現(xiàn)象。大于物體所受重力的情況稱為超重現(xiàn)象。視重視重 實重實重 N三、失重現(xiàn)象三、失重現(xiàn)象以站在升降機里的體重計上的人為例分析，設(shè)人以站在升降機里的體重計上的人為例分析，設(shè)人的質(zhì)量為的質(zhì)量為50kg50kg，升降機以，升降機以2m/s2m/s2 2的加速度加速下降。的加速度加速下降。(g=10m/s(g=10m/s2 2) )va分析：對人和升降機受力分析如圖分析：對人和升降機受力分析如圖F F合合 = G-N= G-N由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得F F合合=G-N=ma=G-N=ma故：故：N=mg-ma=40

10、0N 500NN=mg-ma=400N 500N人受到的支持力人受到的支持力N N小于人受到的重力小于人受到的重力G G再由牛頓第三定律得：再由牛頓第三定律得：壓力壓力N N小于重力小于重力G G。GN總結(jié)：物體對支持物的壓力總結(jié)：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦驅(qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象稱為失重現(xiàn)象。小于物體所受重力的現(xiàn)象稱為失重現(xiàn)象。視重視重 實重實重什么情況下物體發(fā)生什么情況下物體發(fā)生超重超重現(xiàn)象？現(xiàn)象？什么情況下物體發(fā)生什么情況下物體發(fā)生失重失重現(xiàn)象？現(xiàn)象？類型類型v v方向方向a a方向方向現(xiàn)象現(xiàn)象加速上升加速上升減速上升減速上升加速下降加速下降減速下降減速下降向上

11、向上向上向上向下向下向下向下向上向上向下向下向下向下向上向上超重超重失重失重超重超重失重失重結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)當(dāng)加速度方向向上加速度方向向上時，物體發(fā)生時，物體發(fā)生超重超重現(xiàn)象?，F(xiàn)象。當(dāng)當(dāng)加速度方向向下加速度方向向下時，物體發(fā)生失重現(xiàn)象。時，物體發(fā)生失重現(xiàn)象。物體的物體的重力重力與運動狀態(tài)無關(guān)，不論物體處于超重與運動狀態(tài)無關(guān)，不論物體處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，重力狀態(tài)還是失重狀態(tài)，重力不變不變。(G=mg)(G=mg)強調(diào)：強調(diào)：當(dāng)物體處于失重狀態(tài)，且當(dāng)物體處于失重狀態(tài)，且a ag g 時會發(fā)生什么現(xiàn)象？時會發(fā)生什么現(xiàn)象？物體對支持物的壓力物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦驅(qū)覓煳锏睦?等于

12、等于零的情況稱為零的情況稱為完全失重完全失重現(xiàn)象?，F(xiàn)象。F FN N = =m (gm (ga)=0a)=0如：自由落體運動如：自由落體運動和豎直上拋運動和豎直上拋運動此時重力此時重力為零嗎？為零嗎？人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等航天器進(jìn)人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等航天器進(jìn)入軌道后，其中的人和物都處于入軌道后，其中的人和物都處于完全失重完全失重狀態(tài)。狀態(tài)?！镜淅淅? 2】原來做勻速運動的升降機內(nèi)，有一被原來做勻速運動的升降機內(nèi)，有一被拉長彈簧拉住的具有一定質(zhì)量的物體拉長彈簧拉住的具有一定質(zhì)量的物體A A靜止在底靜止在底板上，如圖，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)板上，如圖，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)A A突然被彈簧拉向右方，由

13、突然被彈簧拉向右方，由此可以判斷，此升降機的運動可能是此可以判斷，此升降機的運動可能是: ( ) : ( ) A.A.加速上升加速上升 B.B.減速上升減速上升C.C.加速下降加速下降 D.D.減速下降減速下降 解析：解析：選選BCBC。勻速運動時物體所受靜摩擦力等于彈。勻速運動時物體所受靜摩擦力等于彈簧拉力，若物體突然被拉向右方，則所受摩擦力變簧拉力，若物體突然被拉向右方，則所受摩擦力變小，壓力變小，故物體加速度向下，所以升降機可小，壓力變小，故物體加速度向下，所以升降機可能向上減速或向下加速。能向上減速或向下加速。f F=k x【典例典例3 3】處于完全失重狀態(tài)下，下列物品不處于完全失重狀

14、態(tài)下，下列物品不能正常使用的是：能正常使用的是：A.A.天平天平 B.B.刻度尺刻度尺 C.C.溫度計溫度計 D.D.彈簧測力計彈簧測力計 E.E.圓珠筆圓珠筆 F.F.水銀氣壓計水銀氣壓計彈簧測力計無法測量物彈簧測力計無法測量物體的重力，但仍能測量體的重力，但仍能測量拉力或壓力的大小拉力或壓力的大小處于完全失重狀態(tài)下，處于完全失重狀態(tài)下，所有和重力有關(guān)的儀所有和重力有關(guān)的儀器都無法使用！器都無法使用！四、從動力學(xué)看自由落體運動四、從動力學(xué)看自由落體運動1.1.對自由落體運動的理解對自由落體運動的理解(1)(1)自由落體運動是物體只在重力作用下從靜止自由落體運動是物體只在重力作用下從靜止開始下

15、落的運動，即物體的初速度為零。開始下落的運動，即物體的初速度為零。(2)(2)由于物體在做自由落體運動時所受重力是一由于物體在做自由落體運動時所受重力是一個恒力，由牛頓第二定律可知，物體下落的加速個恒力，由牛頓第二定律可知，物體下落的加速度也是恒定加速度，從這個角度看，自由落體運度也是恒定加速度，從這個角度看，自由落體運動是勻變速直線運動。動是勻變速直線運動。(3)(3)從牛頓第二定律從牛頓第二定律F=maF=ma可知，物體所受重力產(chǎn)可知，物體所受重力產(chǎn)生下落的加速度，生下落的加速度，mg=mamg=ma，所以，所以a=ga=g。2.2.對豎直上拋運動的理解對豎直上拋運動的理解豎直上拋運動的處

16、理方法一般有兩種：豎直上拋運動的處理方法一般有兩種：(1)(1)全程法全程法將豎直上拋運動視為豎直向上的加速度為將豎直上拋運動視為豎直向上的加速度為g g的勻減的勻減速直線運動。速直線運動。(2)(2)分階段法分階段法 將全程分為兩個階段，即上升過程將全程分為兩個階段，即上升過程的勻減速階段和下落過程的自由落體階的勻減速階段和下落過程的自由落體階段。豎直上拋運動的對稱性，如圖所示，段。豎直上拋運動的對稱性，如圖所示，物體以初速度物體以初速度v v0 0豎直上拋，豎直上拋，A A、B B為途中的任意兩點，為途中的任意兩點，C C為最高點，則為最高點，則時間對稱性時間對稱性物體上升過程中從物體上升

17、過程中從ACAC所用時間所用時間t tACAC和下降過程中和下降過程中從從CACA所用時間所用時間t tCACA相等，同理相等，同理t tABAB=t=tBABA。速度對稱性速度對稱性物體上升過程經(jīng)過物體上升過程經(jīng)過A A點的速度與下降過程經(jīng)過點的速度與下降過程經(jīng)過A A點點的速度大小相等。的速度大小相等。 【典例典例4 4】在樓房的陽臺外以初速度在樓房的陽臺外以初速度20m/s20m/s豎直上豎直上拋一物體，求拋出拋一物體，求拋出5s5s末物體的位移和速度。末物體的位移和速度。解析：解析：畫出運動示意圖如圖所示：畫出運動示意圖如圖所示：A B C A B C 全過程綜合考慮，勻減速運動，全過

18、程綜合考慮，勻減速運動，s= vs= v0 0 t t gtgt2 2=20=205 5 101025 25 = =25m25m負(fù)號表示負(fù)號表示5s5s末物體的位置末物體的位置C C在在A A點下方點下方25m 25m v vt t= v= v0 0 gt=20gt=2010105=5=30m/s30m/s負(fù)號表示方向向下。負(fù)號表示方向向下。v0CABA1vt1212一、共點力的平衡條件：物體所受合力為一、共點力的平衡條件：物體所受合力為0 0。二、超重和失重：二、超重和失重：物體具有豎直向上的加速度時為超重狀態(tài)。物體具有豎直向上的加速度時為超重狀態(tài)。物體具有豎直向下的加速度時為失重狀態(tài)物體具

19、有豎直向下的加速度時為失重狀態(tài) 。 超重還是失重由加速度方向決定，與速度方向超重還是失重由加速度方向決定，與速度方向無關(guān)。無關(guān)。三、從動力學(xué)看自由落體運動三、從動力學(xué)看自由落體運動1.1.下列四個實驗中，不能在繞地球飛行的太空實下列四個實驗中，不能在繞地球飛行的太空實驗艙中完成的是驗艙中完成的是( )( )A.A.用彈簧測力計測物體的重力用彈簧測力計測物體的重力B.B.用天平測物體的質(zhì)量用天平測物體的質(zhì)量C.C.用溫度計測艙內(nèi)的溫度用溫度計測艙內(nèi)的溫度D.D.用水銀氣壓計測艙內(nèi)氣體的壓強用水銀氣壓計測艙內(nèi)氣體的壓強ABDABD2.“2.“蹦極蹦極”是一項非常刺激的體育運動。某人身系是一項非常刺

20、激的體育運動。某人身系彈性繩自高空彈性繩自高空P P點自由下落，圖中點自由下落，圖中a a點是彈性繩的原點是彈性繩的原長位置，長位置，c c是人所到達(dá)的最低點，是人所到達(dá)的最低點，b b是人靜止地懸吊是人靜止地懸吊著時的平衡位置，人在從著時的平衡位置，人在從P P點落下到最低點點落下到最低點c c的過程的過程中中( )( )ABABA.A.人在人在PaPa段做自由落體運動，處于完全失重狀態(tài)段做自由落體運動，處于完全失重狀態(tài)B.B.在在abab段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)C.C.在在bcbc段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)段繩的拉力小于人的重

21、力，人處于失重狀態(tài)D.D.在在c c點，人的速度為零，其加速度為零點，人的速度為零，其加速度為零3.3.游樂園中，游客乘坐加速或減速運動的升降機，可游樂園中，游客乘坐加速或減速運動的升降機，可以體會超重或失重的感覺。下列描述正確的是以體會超重或失重的感覺。下列描述正確的是( )( )A A當(dāng)升降機加速上升時，游客是處在失重狀態(tài)當(dāng)升降機加速上升時，游客是處在失重狀態(tài)B B當(dāng)升降機減速下降時，游客是處在超重狀態(tài)當(dāng)升降機減速下降時，游客是處在超重狀態(tài)C C當(dāng)升降機減速上升時，游客是處在失重狀態(tài)當(dāng)升降機減速上升時，游客是處在失重狀態(tài)D D當(dāng)升降機加速下降時，游客是處在超重狀態(tài)當(dāng)升降機加速下降時，游客是處在超重狀態(tài)BC BC 4.4.某人在地面上最多能舉起某人在地面上最多能舉起60 kg60 kg的物體，而在一的物體，而在一個加速下降的電梯里最多能舉起個加速下降的電梯里最多能舉起8 8kgkg的物體。求：的物體。求：(1)(1)此電梯的加速度多大？此電梯的加速度多大？(2)(2)若電梯以此