高中物理 第4章 用牛顿运动定律解决问题课件2 新人教版必修1.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修1 牛顿运动定律 第四章 1 1 1集合的概念 7 用牛顿运动定律解决问题 二 第四章 1 1 1集合的概念 你乘坐过电梯吗 电梯在启动 停止的过程中你有怎样的感受 将你的体验与同学交流一下 体会其中蕴含的物理规律 1 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 或者它们的作用线 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 或 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 即f合 0 共点力作用下物体的平衡 同一点 交于一点 静止 匀速直线运动 合力为零 2 1 视重所谓 视重 是指人由弹簧秤等量具上所 的读数 2 超重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 超重和失重 看到 大于 竖直向上 3 失重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 3 完全失重 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 的状态 产生条件 a g 方向 小于 竖直向下 等于零 竖直向下 3 1 受力情况运动过程中只受 作用 且重力恒定不变 所以物体的 恒定 2 运动情况初速度为 的竖直向下的 直线运动 从动力学看自由落体运动 重力 加速度 零 匀加速 一 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 a 0 如自由下落开始时刻的物体 并非处于平衡状态 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 4 共点力平衡的几种常见类型 1 物体受两个力平衡时 这两个力等大反向 是一对平衡力 2 物体受三个力平衡时 任意两个力的合力与第三个力等大反向 3 物体受三个以上的力平衡时 其中任意一个力与另外几个力的合力等大反向 5 动态平衡问题 1 动态平衡问题的特点 通过控制某一物理量 使其他物理量发生缓慢变化 而变化过程中的任何一个状态都看成是平衡状态 2 处理动态平衡问题常用的方法 解析法 对研究对象的任一状态进行受力分析 建立平衡方程 求出应变量与自变量的一般函数式 然后依据自变量的变化确定应变量的变化 也叫代数法 图解法 就是对研究对象进行受力分析 根据力的平行四边形定则画出不同状态时的力的矢量图 画在同一个图中 然后依据有向线段 表示力 的长度变化判断各个力的变化情况 6 解题方法处理共点力的平衡问题正确的受力分析是关键 当物体受三个力 不平行 而平衡时 这三个力一定是共点力 常用以下两种方法处理问题 1 三角形法 根据平衡条件 任两个力的合力与第三个力等大反向 把三个力放于同一个三角形中 三条边对应三个力 再利用几何知识求解 三个力可以构成首尾相连的矢量三角形 这种方法一般用来讨论动态平衡问题较为方便 北京石景山区高一上学期期末 一只重为g的蜗牛沿着藤蔓缓慢爬行 如图所示 若藤蔓的倾角为 则藤蔓对蜗牛的作用力大小为 a gsin b gcos c gtan d g 1 答案 d解析 藤蔓给蜗牛的作用力有两个 一个是沿藤蔓向上的摩擦力 一个是垂直于藤蔓斜向上的弹力 此两力的合力与重力g平衡 所以d正确 二 超重与失重1 视重当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 当物体处于超重或失重时 物体的重力并未变化 只是视重变了 2 超重 失重的分析 特别提醒 1 发生超重或失重的现象与物体的速度方向无关 只取决于物体加速度的方向 2 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 一个人站在体重计的测盘上 在人从站立到蹲下的整个过程中 如下图所示 体重计指针示数的变化应是 2 答案 先减小 后增加 再还原解析 人蹲下的过程经历了加速向下 减速向下和静止这三个过程 沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在a点 如图 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 1 物体的平衡 1 解析 取足球作为研究对象 它共受到三个力的作用 重力g mg 方向竖直向下 墙壁的支持力f1 方向水平向右 悬绳的拉力f2 方向沿绳的方向 这三个力一定是共点力 重力的作用点在球心o点 支持力f1沿球的半径方向 g和f1的作用线必交于球心o点 则f2的作用线必过o点 既然是三力平衡 可以根据任意两力的合力与第三力等大 反向求解 可以据力三角形求解 也可用正交分解法求解 解法1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f1和悬绳的拉力f2三个共点力作用而平衡 由共点力平衡的条件可知 f1和f2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 f1 ftan mgtan f2 f cos mg cos 解法2用分解法取足球为研究对象 其受重力g 墙壁支持力f1 悬绳的拉力f2 如图所示 将重力g分解为f1 和f2 由共点力平衡条件可知 f1与f1 的合力必为零 f2与f2 的合力也必为零 所以f1 f1 mgtan f2 f2 mg cos 解法4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f1 悬绳拉力f2 如图所示 取水平方向为x轴 竖直方向为y轴 将f2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 f1 f2sin 0 fy合 f2cos g 0 由 式解得 f2 g cos mg cos 代入 式得f1 f2sin mgtan 答案 mg cos mgtan 点评 比较各种解法的优缺点 分析一下解决此类问题的方法步骤 邯郸市2013 2014学年高一上学期期末 一质量为m的探空气球在匀速下降 设气球所受浮力f始终保持不变 气球在运动过程中所受阻力仅与速率有关 重力加速度为g 现欲使该气球以同样速率匀速上升 则需要从气球吊篮中减少的质量为 1 答案 c 如图所示 质量为m的球被一块挡板挡住 现使挡板绕与斜面的交点缓慢逆时针旋转 判断g的两个分力n1 n2的变化情况 2 动态平衡问题 2 解析 当挡板缓慢旋转时 可以认为球始终处于平衡状态 那么 重力的两个分力随之而变 n2始终和挡板垂直 n1方向不变 所以左边n1的平行线也不变 那么n2的变化如图所示 可得其先减小后增大 n1逐渐减小 答案 n1逐渐减小 n2先减小后增大 点评 1 本题所用的分析方法称为图解法 在分析矢量的动态变化时 经常使用这种方法 采用这种方法 具有简捷 直观 有效的特点 尤其是在合矢量不变 一个分矢量的方向不变 分析另一个分矢量的大小和方向变化及其规律时 更适合使用此法 2 利用图解法应注意两点 正确判断某一个分力的大小和方向的变化 注意某一个分力方向变化的空间范围 用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中 如图所示 已知绳ao和bo与竖直方向的夹角都是30 若想保持a o两点的位置不变 而将b点下移至ob水平 则此过程中 a ob绳上的拉力先增大后减小b ob绳上的拉力先减小后增大c oa绳上的拉力先增大后减小d oa绳上的拉力不断减小答案 b 2 解析 此题为动态平衡问题 结点o受三力作用 其向下拉力为恒力 大小为mg 绳oa拉力方向不变 大小变化 而ob绳上拉力的大小和方向均变化 oa绳与ob绳对o点拉力的合力g 大小为mg 方向竖直向上 两拉力的大小和方向 如图所示 由图可知fb先减小后增大 当fb fa时fb最小 而fa一直增大 明州同学的家住在一座25层的高楼内 他每天乘电梯上楼 随着所学物理知识的增多 有一天他突然想到 能否用所学物理知识较为准确地测出这座楼的高度呢 在以后的一段时间内他进行了多次实验测量 步骤如下 3 超重与失重 3 经过多次仔细观察和反复测量 他发现电梯启动后的运动速度符合如图所示的规律 他就根据这一特点在电梯内用台秤 重物和停表测量这座楼房的高度 他将台秤放在电梯内 将重物放在台秤的托盘上 电梯从第一层开始启动 经过不间断的运行 最后停在最高层 在整个过程中 他记录了台秤中不同时间段内的示数 记录的数据如下表所示 但由于0 3 0s段的时间太短 他没有来得及将台秤的示数记录下来 假设在每个时间段内台秤的示数都是稳定的 重力加速度g取10m s2 1 电梯在0 3 0s时间段内台秤的示数应该是多少 2 根据测量的数据计算该楼房每一层的平