2019_20学年高中物理第四章7用牛顿运动定律解决问题（二）课件新人教版必修.pptx

7 用牛顿运动定律解决问题(二),新知预习,自主检测,一、共点力的平衡条件 1.共点力:物体同时受几个力作用,如果这几个力作用在物体的同一点,或者它们的作用线交于一点,那么这几个力就叫共点力。 2.平衡状态:一个物体在力的作用下,保持静止或匀速直线运动状态,则该物体处于平衡状态。 3.平衡条件:共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即F合=0。 二、超重和失重 1.超重:当物体具有向上的加速度时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受的重力的现象称为超重现象。 2.失重:当物体具有向下的加速度时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受的重力的现象,称为失重现象。 3.完全失重:当物体向下的加速度a=g时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态,称为完全失重状态。,新知预习,自主检测,三、从动力学看自由落体运动 1.受力情况:运动过程只受重力作用,且重力恒定不变,所以物体的加速度恒定。 2.运动情况:初速度为零的竖直向下的匀加速直线运动。 四、从动力学看竖直上抛运动 1.受力情况:在竖直上抛物体上升和下落的全过程中,物体只受重力且不变,加速度大小不变,方向始终竖直向下。 2.运动情况:初速度不为零的匀变速直线运动。,新知预习,自主检测,1.正误辨析 (1)处于平衡状态的物体加速度一定等于零,而速度不一定等于零。( ) 解析物体处于静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态,加速度一定等于零。 答案 (2)速度为零时,物体一定处于平衡状态。( ) 解析速度为零时,加速度不一定为零,即物体所受合力可能不为零,物体不一定处于平衡状态。 答案 (3)物体减速向上运动时处于超重状态。( ) 解析物体减速向上运动时,加速度方向竖直向下,因此处于失重状态。 答案,新知预习,自主检测,(4)物体处于完全失重状态时就是不受重力了。 ( ) 解析无论是物体处于失重还是超重状态,它的重力都没有变化。 答案 2.关于超重和失重,下列说法正确的是( ) A.物体处于超重状态时,其重力增大了 B.物体处于失重状态时,其重力减小了 C.物体处于完全失重时,其重力为零 D.不论物体超重、失重,还是完全失重,物体所受的重力都是不变的 答案D,新知预习,自主检测,3.(多选)下列事例中的物体处于平衡状态的是( ) A.神舟号飞船匀速落到地面的过程 B.汽车在水平路面上启动或刹车的过程 C.汽车停在斜坡上 D.竖直上抛的物体在到达最高点的那一瞬间 解析物体处于平衡状态,从运动状态来说,物体保持静止或匀速直线运动;从受力情况来说,合力为零,神舟号飞船匀速落到地面的过程中,飞船处于平衡状态,选项A正确;汽车在水平路面启动或刹车过程中,汽车的速度在增大或减小,其加速度不为零,其合力不为零,所以汽车不是处于平衡状态,选项B错误;汽车停在斜坡上,速度和加速度均为零,合力为零,保持静止状态不变,汽车处于平衡状态,选项C正确;竖直上抛的物体在到达最高点时,只是速度为零而加速度为g,物体不是处于平衡状态,选项D错误。 答案AC,探究一,探究二,探究三,随堂检测,共点力的平衡问题 情景导引 如图所示,甲图中的大石头受到几个力的作用而处于静止状态;乙图中的飞机做水平方向的匀速直线运动;丙图中的照相机静止在三脚架上。试结合上述现象讨论:处于平衡状态的物体有什么特点?物体若受多个共点力保持平衡,应满足什么条件?,探究一,探究二,探究三,随堂检测,要点提示处于平衡状态的物体,其运动状态不发生变化,加速度为0。根据牛顿第二定律F=ma可知,当物体处于平衡状态时,加速度为0,因而物体所受的合外力F=0。所以,共点力作用下物体的平衡条件是合力为0。,知识归纳 1.对共点力作用下物体平衡的理解 (1)对静止状态的理解 静止状态与速度v=0不是一回事。物体保持静止状态,说明v=0,a=0,两者同时成立。若仅是v=0,a0,如自由下落开始时刻的物体,并非处于平衡状态。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,(2)平衡状态与运动状态的关系 平衡状态是运动状态的一种,平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态。 (3)共点力平衡的条件:物体所受的合外力为零。 数学表达式有两种:(1)F合=0;(2) ,Fx合和Fy合分别是将力进行正交分解后,物体在x轴和y轴上所受的合力。 2.平衡条件的四个推论 (1)二力作用平衡时,二力等大、反向。 (2)三力作用平衡时,任意两力的合力与第三个力等大、反向。 (3)多力作用平衡时,任意一个力与其他所有力的合力等大、反向。 (4)物体处于平衡状态时,沿任意方向上分力之和均为零。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,典例剖析 例1沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在A点(如图所示)。足球的质量为m,网兜的质量不计,足球与墙壁的接触点为B,悬绳与墙壁的夹角为,求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,解析方法一 用合成法 取足球作为研究对象,它们受重力G=mg、墙壁的支持力FN和悬绳的拉力FT三个共点力作用而平衡,由共点力平衡的条件可知,FN和FT的合力F与G大小相等、方向相反,即F=G,从图中力的平行四边形可求得 FN=Ftan =mgtan ,探究一,探究二,探究三,随堂检测,方法二 用分解法 取足球为研究对象,其受重力G、墙壁支持力FN、悬绳的拉力FT,如图所示,将重力G分解为F1和F2,由共点力平衡条件可知,FN与F1的合力必为零,FT与F2的合力也必为零,所以 FN=F1=mgtan ,探究一,探究二,探究三,随堂检测,方法三 用正交分解法求解 取足球作为研究对象,受三个力作用,重力G、墙壁的支持力FN、悬绳拉力FT,如图所示,取水平方向为x轴,竖直方向为y轴,将FT分别沿x轴和y轴方向进行分解。由平衡条件可知,在x轴和y轴方向上的合力Fx合和Fy合应分别等于零。即 Fx合=FN-FTsin =0 Fy合=FTcos -G=0,探究一,探究二,探究三,随堂检测,规律方法应用共点力的平衡条件解题的一般步骤 (1)确定研究对象:即在弄清题意的基础上,明确以哪一个物体(或结点)作为解题的研究对象。 (2)分析研究对象的受力情况并作出受力分析图。 (3)判断研究对象是否处于平衡状态。 (4)应用共点力的平衡条件,选择适当的方法,列平衡方程。 (5)求解方程,并根据情况,对结果加以说明或必要的讨论。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,变式训练1如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心。一质量为m的小滑块,在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为FN,OP与水平方向的夹角为,下列关系正确的是( ),答案A,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,对超重和失重现象的理解 情景导引 用手提住弹簧测力计,(1)用弹簧测力计测物体重力时,突然向上加速,观察弹簧测力计的示数如何变化?(2)用弹簧测力计测物体重力时,突然向下加速,观察弹簧测力计的示数如何变化?(3)若将弹簧测力计和物体一起释放,观察弹簧测力计的示数如何变化? 要点提示(1)弹簧测力计示数变大了。(2)弹簧测力计示数变小了。(3)弹簧测力计示数变为零。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,知识归纳 1.视重 当将物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”,大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,2.超重、失重的分析,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,3.对超重和失重现象的理解 (1)物体处于超重或失重状态时,物体所受的重力始终不变,只是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化,看起来物重好像有所增大或减小。 (2)发生超重或失重现象与物体的速度方向无关,只取决于物体加速度的方向。 (3)在完全失重状态下,平常由重力产生的一切物理现象都会完全消失,比如物体对桌面无压力,单摆停止摆动,浸在水中的物体不受浮力等。靠重力才能使用的仪器,也不能再使用,如天平、液体气压计等。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,典例剖析 例2质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上,当升降机做下列各种运动时,体重计的读数是多少?处于什么状态?(g取10 m/s2) (1)升降机匀速上升。 (2)升降机以3 m/s2的加速度加速上升。 (3)升降机以4 m/s2的加速度加速下降。 点拨,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,解析人站在升降机中的体重计上,受力情况如图所示。 (1)当升降机匀速上升时,由牛顿第二定律得F合=FN-G=0,所以人受到的支持力FN=G=mg=600 N。 根据牛顿第三定律得,人对体重计的压力就等于体重计的示数,即600 N,处于平衡状态。 (2)当升降机以3 m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得FN-G=ma,FN=ma+G=m(g+a)=780 N。 由牛顿第三定律得,此时体重计的示数为780 N,大于人的重力,人处于超重状态。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,(3)当升降机以4 m/s2的加速度加速下降时,由牛顿第二定律得G-FN=ma, FN=G-ma=m(g-a)=360 N, 由牛顿第三定律得,此时体重计的示数为360 N,小于人的重力600 N,人处于失重状态。 答案(1)600 N 平衡状态 (2)780 N 超重状态 (3)360 N 失重状态,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,规律方法判断超重、失重状态的方法 物体究竟处于超重状态还是失重状态,可用三个方法判断: 1.从受力的角度判断,当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态;小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态。 2.从加速度的角度判断,当物体具有向上的加速度(包括斜向上)时处于超重状态,具有向下的加速度(包括斜向下)时处于失重状态,向下的加速度为g时处于完全失重状态。 3.从运动的角度判断,当物体加速上升或减速下降时,物体处于超重状态,当物体加速下降或减速上升时,物体处于失重状态。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,变式训练2在升降电梯内的地面上放一体重计,电梯静止时,晓敏同学站在体重计上,体重计示数为50 kg,电梯运动过程中,某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示,在这段时间内下列说法正确的是( ) A.晓敏同学所受的重力变小了 B.晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力 C.电梯一定在竖直向下运动 D.电梯的加速度大小为 ,方向一定竖直向下,探究一,探究二,探究三,随堂检测,随堂检测,解析体重计示数小于体重说明晓敏对体重计的压力小于重力,并不是体重变小,故A错误;晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是作用力与反作用力,大小相等,故B错误;电梯做向上的减速运动也会是失重状态,示数小于其重力,故C错误;以人为研究对象,mg-FN=ma求得a= ,方向一定竖直向下,故D正确。 答案D,探究一,探究二,探究三,随堂检测,怎样分析竖直上抛运动 情景导引 如图,将小球竖直向上抛出,请思考: (1)小球在空中运动时受力情况怎样?加速度变化吗? (2)小球的上升过程和下落过程分别是怎样的运动?整个过程又是怎样的运动呢? (3)小球上升到最高点所用时间t上和从最高点下落到抛出点所用时间t下有何关系? (4)小球落回抛出点的速度与抛出速度有何关系?,要点提示(1)小球运动中只受到重力的作用,加速度a=g,为恒量。(2)小球的上升过程为匀减速运动,下落过程为自由落体运动,整个过程加速度不变,为匀变速直线运动。(3)t上=t下。(4)等大、反向。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,知识归纳 1.分段法:在处理竖直上抛运动的问题时,可以分上升和下降两个过程进行分析:上升过程是初速度为v0、加速度为g的匀减速直线运动;下降过程是初速度为0、加速度为g的自由落体运动。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,2.全程法:由牛顿第二定律可知,上升过程和下降过程的加速度矢量是相同的,我们也可以把竖直上抛运动看作是一个统一的匀变速直线运动,而上升运动和下降运动不过是这个统一的运动的两个过程。这样,我们就可以用匀变速直线运动的规律来统一讨论竖直上抛运动。在讨论这类问题中,我们习惯上总是取竖直向上的方向为正方向,重力加速度g总是取绝对值。这样竖直上抛运动的规律通常就写作: 速度公式:v=v0-gt 注意:上述公式中的t是从抛出时刻开始计时的,x是运动物体对抛出点的位移。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,3.对称性:因下落过程是上升过程的逆过程,则 (1)物体在通过同一段高度的过程中,上升时间与下落时间相等。 (2)质点在通过同一高度位置时,上升速度与下落速度大小相等、方向相反。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,典例剖析 例3气球下挂一重物,以v0=10 m/s匀速上升,当到达离地面高175 m处时,悬挂重物的绳子突然断裂,那么重物经多长时间落到地面?落地速度多大?(空气阻力不计,g取10 m/s2),解析解法一 分段法,探究一,探究二,探究三,随堂检测,解法二 全程法 取初速度方向为正方向 重物全程位移h=v0t- gt2,h=-175 m 可解得t1=7 s,t2=-5 s(舍去) 由v=v0-gt,故v=-60 m/s,负号表示方向竖直向下。 答案7 s 60 m/s,探究一,探究二,探究三,随堂检测,变式训练3某人站在离地25 m的平台边缘,以20 m/s 的初速度竖直向上抛出一石块,不考虑空气阻力,g取10 m/s2,试计算: (1)石块能到达的最大高度; (2)石块抛出1 s内的位移; (3)石块从抛出到落到地面所用的时间。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,答案(1)45 m (2)15 m,方向向上 (3)5 s,探究一,探究二,探究三,随堂检测,1.下列哪个说法是正确的( ) A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态 C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 D.游泳运动员仰卧在水面上静止不动时处于失重状态 解析超重和失重时物体必须都有加速度,当加速度方向向上时,物体处于超重状态;加速度方向向下时,处于失重状态。体操运动员双手握住单杠吊在空中不动、举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内以及游泳运动员仰卧在水面上静止不动时都是处于平衡状态,选项A、C、D错误、B正确。 答案B,探究一,探究二,探究三,随堂检测,2.物体受到与水平方向成30的拉力F的