吉林省长市第五中学高中物理 第四章 第七节 用牛顿运动定律解决问题(二)同步创新课件 新人教版必修1.ppt

第七节用牛顿运动定律解决问题 二 学习目标 1 进一步理解牛顿运动定律 用牛顿运动定律解释生活中的实际问题 2 通过实验认识什么是超重和失重现象 知道产生超重和失重的条件 3 理解共点力作用下物体平衡状态的概念 能推导出共点力作用下物体的平衡条件 会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题 重点难点 1 共点力作用下物体的平衡条件及应用 2 超重 失重的实质及计算 易错问题 1 不理解超重与失重的实质 认为超重就是重力增加了 失重就是重力减小了2 不能正确区分静止与平衡状态 认为当物体处于平衡状态时 一定静止 或认为当速度为零时 物体处于平衡状态 一 共点力的平衡条件1 平衡状态物体在力的作用下保持或的状态 2 平衡条件 基础知识梳理 静止 匀速直线运动 合外力为零 二 超重和失重1 超重 1 定义 由于具有竖直向上的加速度 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有的加速度 大于 向上 2 失重 1 定义 物体对水平支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 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 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 为零的状态 2 产生条件 a g 方向 小于 向下 竖直向下 三 从动力学看自由落体运动1 受力情况 运动过程中只受重力作用 且重力恒定不变 所以物体的恒定 2 运动情况 初速度为零的竖直向下的直线运动 加速度 匀加速 一 对平衡状态和平衡条件的理解1 平衡状态 核心要点突破 2 平衡条件 1 物体平衡条件的两种表达式 2 由平衡条件得出的结论 物体在两个力作用下处于平衡状态 则这两个力必定等大反向 是一对平衡力 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时 任意两个力的合力与第三个力等大反向 物体受n个共点力作用处于平衡状态时 其中任意一个力与剩余 n 1 个力的合力一定等大反向 当物体处于平衡状态时 沿任意方向物体所受的合力均为零 3 解共点力平衡问题的一般步骤 1 选取研究对象 2 对所选取的研究对象进行受力分析 并画出受力图 3 对研究对象所受的力进行处理 一般情况下需要建立合适的直角坐标系 对各力按坐标轴进行正交分解 4 建立平衡方程 若各力作用在同一直线上 可直接用f合 0的代数式列方程 若几个力不在同一直线上 可用fx合 0与fy合 0联立列出方程组 5 对方程求解 必要时需对解进行讨论 二 对超重 失重和完全失重的进一步理解1 视重 当物体挂在弹簧秤下或放在水平台秤上时 弹簧秤或台秤的示数称为 视重 大小等于秤所受的拉力或压力 2 视重 失重和超重的关系 3 对超重 失重的理解应注意以下几个方面 1 物体处于 超重 或 失重 状态 并不是说物体的重力增加了或减小了 甚至消失了 地球作用于物体的重力始终是存在的且大小也无变化 即使是完全失重现象 物体的重力也没有变小 当然 物体所受重力会随高度的增加而减小 但这不是失重现象 2 超 失 重现象是指物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 大于 小于 重力的现象 3 超重 失重 现象与物体运动的速度方向和大小均无关 只决定于物体的加速度方向 4 日常所说的 视重 与 重力 有区别 视重大小是指物体对支持物或悬挂物的作用力大小 只有当物体的加速度为零时 视重大小才等于重力的大小 4 处理超重与失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续 解题时仍应抓住加速度这个关键量 1 若系统中某一部分有向上或向下的加速度 则系统整体也处于超重或失重状态 2 从牛顿第二定律可以知道 加速度方向是超失重判断的关键 若加速度方向向上 包括斜向上 物体处于超重状态 若加速度方向向下 包括斜向下 物体处于失重状态 3 当物体处于完全失重状态时 由重力引起的一切现象都会消失 如物体对桌面无压力 单摆不再摆动 浸在液体中的物体不受浮力 如图4 7 1所示沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在a点 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的大小 课堂互动讲练 图4 7 1 思路点拨 物体处于三力平衡状态 可以考虑分解法 合成法和正交分解法 图4 7 2 解析 法一 用合成法取足球作为研究对象 它受重力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4 7 2中力的平行四边形可求得 f1 ftan mgtan 法二 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4 7 3所示 将重力g分解为f 1和f 2 由共点力平衡条件可知 f1与f 1的合力必为零 f2与f 2的合力也必为零 所以f1 f 1 mgtan 图4 7 3 法三 用正交分解法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4 7 4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 图4 7 4 fx合 f1 f2sin 0 fy合 f2cos g 0 方法总结 物体受到的力的个数多于三个时 用正交分解法 1 在科学研究中 可以用风力仪直接测量风力的大小 其原理如图4 7 5所示 仪器中有一根轻质金属丝悬挂着一个金属球 无风时 金属球自然下垂 当受到沿水平方向吹来的风时 金属丝偏离竖直方向一个角度 风越大 偏离越大 通过传感器 就可以根据偏角的大小指示出风力 试求风力大小f跟小球质量m 偏角 之间有什么样的关系 图4 7 5 解析 小球受到水平风力f 重力mg 金属丝拉力f 将重力mg分解 也可分解f 由于金属球处于平衡 满足mgtan f 0mg cos f 0 也可不列此关系式 所以f mgtan 答案 f mgtan 用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中 如图4 7 6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 图4 7 6 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 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4 7 7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 图4 7 7 答案 b 方法总结 处理该类动态问题的方法就是在原来处理平衡问题的基础上 注意分析由于某一个物理量的变化 而带来的其他变化 可用图解法 也可用数学讨论法求解 2 如图4 7 8所示 物体m静止于倾斜的木板上 当倾角 缓慢增大 直至m开始滑动之前的过程中 下列说法正确的是 a 物体对木板的压力逐渐减小b 物体所受的支持力和摩擦力都减小c 物体所受支持力和摩擦力的合力不变d 物体所受重力 支持力和摩擦力这三个力的合力逐渐增大 图4 7 8 解析 选ac 物体受力如图 由平衡条件得 fn mgcos ff mgsin 在 逐渐增大的过程中 由 式可知fn逐渐减小 由 式知ff逐渐增大 因此a对 b错 由物体处于平衡状态可知 支持力fn 摩擦力ff与重力mg三者的合力为零故d错 支持力fn和摩擦力ff的合力与重力mg等值反向 故c对 2010年杭州高一检测 某实验小组 利用dis系统观察超重和失重现象 他们在电梯内做实验 在电梯的地板上放置一个压力传感器 在传感器上放一个重为20n的物块 如图4 7 9甲所示 实验中计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系图象 如图乙 根据图象分析得出的结论中正确的是 图4 7 9 a 从时刻t1到t2 物块处于失重状态b 从时刻t3到t4 物块处于失重状态c 电梯可能开始停在低楼层 先加速向上 接着匀速向上 再减速向上 最后停在高楼层d 电梯可能开始停在高楼层 先加速向下 接着匀速向下 再减速向下 最后停在低楼层 思路点拨 处于超重时 物体加速度向上 处于失重时 加速度向下 解析 从f t图象可以看出 0 t1 f mg 电梯可能处于静止状态或匀速运动状态 t1 t2 f mg 电梯具有向上的加速度 物块处于超重状态 可能加速向上运动或减速向下运动 t2 t3 f mg 可能静止或匀速运动 t3 t4 f mg 电梯具有向下的加速度 物块处于失重状态 可能做加速向下或减速向上运动 综上分析可知 b c正确 答案 bc 3 2010年济南高一检测 在电梯中 把一重物置于水平台秤上 台秤与力的传感器相连 电