第7節(jié) 用牛頓運動定律解決問題(二) 2課時

第7節(jié)應用牛頓運動定律解決問題（二）學習目標：1.理解共點力作用下物體平衡狀態(tài)的概念，能推導出共點力作用下物體的平衡條件。2.會用共點力平衡條件解決有關力的平衡問題。3.通過實驗認識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)。4.進一步熟練掌握應用牛頓運動定律解決問題的方法和步驟，能解答以自由落體運動為基礎的豎直方向的運動學問題（豎直上拋、豎直下拋）。

1．伽利略理想實驗亞里士多德認為，必須

物體才能運動；沒有力的作用，物體就要

，這種認識是

的大小或方向變了，也說它的運動狀態(tài)發(fā)生改變。知識梳理1.物體處于平衡狀態(tài)有什么特點？物體若受多個共點力作用而處于平衡狀態(tài)，應滿足什么條件？一、共點力的平衡條件分組討論歸納：物體處于平衡狀態(tài)的特點是：運動狀態(tài)不發(fā)生變化，加速度為0。根據(jù)牛頓第二定律F=ma,當物體處于平衡狀態(tài)時，加速度為0，因而物體若受多個共點力作用而處于平衡狀態(tài)，應滿足物體所受的合力F=0。結(jié)論:共點力作用下物體的平衡條件是所受合力為0。一、共點力的平衡條件分組討論2.若一個物體受兩個力而處于平衡狀態(tài)，則這兩個力的關系如何？若一個物體受三個力而處于平衡狀態(tài)，則其中一個力與另外兩個力的合力間滿足怎樣的關系？這個結(jié)論是否可以推廣到多個力的平衡？一、共點力的平衡條件分組討論二力平衡：物體受兩個力而處于平衡狀態(tài)時，這兩個力的關系是等大、反向，且作用在同一條直線上。三個力平衡：物體受三個力作用而處于平衡狀態(tài)時，可將其中的任意兩個力合成，則這兩個力的合力與另一個力的關系是大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上。推而廣之，多個力的平衡，若物體受多個力的作用而處于平衡狀態(tài)，則這些力中的某一個力一定與其余力的合力大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上。一、共點力的平衡條件分組討論例1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4-7-6為這類結(jié)構(gòu)的一種簡化模型。圖中硬桿OB可繞通過B點且垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)動，鋼索和桿的重量都可忽略。如果懸掛物的重量為G，∠AOB=θ，鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力各是多大？一、共點力的平衡條件分組討論請思考：（1）輕質(zhì)細繩中的受力特點如何？（2）可繞一端轉(zhuǎn)動的輕桿只在兩端受力時其受力特點如何？（3）分析鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力選誰為研究對象？其受力特點如何？（4）求鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力時的解題依據(jù)是什么？一、共點力的平衡條件分組討論一、共點力的平衡條件分組討論拓展：求鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力利用了正交分解法，還有沒有其他方法？一、共點力的平衡條件分組討論二、超重和失重1.生活體驗：一位同學甲站在體重計上靜止，另一位同學乙說出體重計的示數(shù)。注意觀察接下來的實驗現(xiàn)象：（1）甲突然下蹲時，體重計的示數(shù)是否變化？怎樣變化？（2）甲突然站起時，體重計的示數(shù)是否變化？怎樣變化？（3）當人下蹲和突然站起的過程中人受到的重力是否發(fā)生變化，為什么體重計的示數(shù)發(fā)生了變化呢？分組討論2.現(xiàn)象分析（1）體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變小了。（2）體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變大了。（3）當人靜止在體重計上時，人處于受力平衡狀態(tài)，重力和體重計對人的支持力大小相等，而實際上體重計測量的是人對體重計的壓力，二、超重和失重分組討論在這種靜止的情況下，壓力的大小是等于重力的。而當人在體重計上下蹲或突然站起的過程中，人受到的重力沒有發(fā)生變化，但人的運動狀態(tài)發(fā)生了變化，也就是說產(chǎn)生了加速度，此時人受力不再平衡，壓力的大小不再等于重力，所以體重計的示數(shù)發(fā)生了變化。二、超重和失重分組討論例2如圖所示，人的質(zhì)量為m，當電梯以加速度a加速上升時，人對地板的壓力F′是多大？二、超重和失重分組討論思考：（1）題目求人對地板的壓力，解決問題時如何選擇研究對象？（2）研究對象受到哪些力的作用？（3）解決問題時依據(jù)哪些規(guī)律？（4）電梯靜止時，地板對人的支持力F與人所受的重力G相等，都等于mg。當電梯加速運動時，這兩個力還相等嗎？二、超重和失重分組討論解析：取向上的方向為正方向，根據(jù)牛頓第二定律寫出關于支持力F、重力G、質(zhì)量m、加速度a的方程。F-G=maF=G+maF=m（g+a）根據(jù)牛頓第三定律得，人對地板的壓力F′與地板對人的支持力F的大小相等，即F′=m（g+a）。答案：m（g+a）二、超重和失重分組討論3.歸納總結(jié)（1）當電梯加速上升（或減速下降）時,加速度向上,人對電梯地板的壓力F＝m（g+a）>mg，這種現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象。二、超重和失重分組討論（2）當電梯加速下降（或減速上升）時，加速度向下,人對電梯地板的壓力F=m（g-a）<mg，這種現(xiàn)象稱為失重現(xiàn)象。如果物體以大小等于g的加速度豎直下落，則人對電梯地板的壓力m（g-a）=0，物體對支持物、懸掛物完全沒有作用力，好像完全沒有受到重力作用，這種狀態(tài)稱為完全失重狀態(tài)。二、超重和失重分組討論4.超重和失重（1）定義

超重現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象，稱為超重現(xiàn)象。

失重現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象，稱為失重現(xiàn)象。二、超重和失重分組討論

完全失重狀態(tài)：物體以大小等于g的加速度豎直運動過程中，物體對支持物、懸掛物完全沒有作用力，好像完全沒有受到重力作用，這種狀態(tài)稱為完全失重狀態(tài)。在完全失重狀態(tài)下由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會完全消失。二、超重和失重分組討論（2）超重和失重的條件

產(chǎn)生超重現(xiàn)象的條件：物體具有豎直向上的加速度，即做加速上升或減速下降運動，與運動方向無關。

產(chǎn)生失重現(xiàn)象的條件：物體具有豎直向下的加速度，即做加速下降或減速上升運動，與運動方向無關。完全失重的條件：物體只在重力作用下運動，與運動方向無關。二、超重和失重分組討論（3）意義物體在超重和失重過程中所受到的重力并沒有變化，“超重”并不意味著重力增大，“失重”也不代表重力減小，“完全失重”也不是說物體的重力完全消失了。超重和失重僅僅是物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生變化。其實物體的重力依然存在，且并不發(fā)生變化。二、超重和失重分組討論三、從動力學看自由落體運動1.物體做自由落體運動的條件有哪些？結(jié)論:物體做自由落體運動的條件有：第一，物體是從靜止開始下落的，即運動的初速度為0。第二，運動過程中，它只受重力的作用。分組討論三、從動力學看自由落體運動2.在第二章，我們通過實驗研究了自由落體運動，知道它是加速度不變的勻變速直線運動。自由落體運動的加速度為什么不變？結(jié)論:根據(jù)牛頓第二定律，物體運動的加速度與它受的合力成正比，加速度的方向與合力的方向相同。物體做自由落體運動時只受重力作用，而且重力的大小、方向都不變，所以物體加速度的大小、方向也是恒定的。分組討論思考：（1）這個物體是不是做自由落體運動？（2）物體在運動過程中受哪些力的作用？加速度的大小和方向是否發(fā)生變化？（3）物體做什么性質(zhì)的運動？利用什么規(guī)律解決問題？三、從動力學看自由落體運動分組討論拓展：（1）一個豎直向上拋出的物體為什么1.6s時的位置反而比0.6s時更低？（2）以地面為坐標原點，以向下為坐標軸的正方向進行列方程、解答，并對結(jié)果進行分析說明。（3）實際物體下落時都要受到空氣阻力，在什么情況下可以忽略空氣阻力的影響？三、從動力學看自由落體運動分組討論1.關于自由落體運動，下列說法中正確的是（

）A.初速度為0的豎直向下的運動是自由落體運動B.只在重力作用下的豎直向下的運動是自由落體運動C.自由落體運動在任意相等的時間內(nèi)速度變化量相等D.自由落體運動是初速度為0、加速度為g的勻加速直線運動檢測鞏固CD檢測鞏固ABC檢測鞏固BC4.如圖所示，質(zhì)量為m的木塊在推力F的作用下，在水平地面上做勻速直線運動