高考物理总复习 主题二 相互作用与运动定律 2.2.7用牛顿运动定律解决问题（二）课件 新人教版.ppt

2 2 7用牛顿运动定律解决问题 二 一 共点力的平衡条件1 平衡状态 一个物体在力的作用下保持 或 状态 2 平衡条件 f合 0 思维拓展 如图1所示 图1 静止 匀速直 线运动 1 著名景点 黄山飞来石独自静止于悬崖之上 它受哪些力作用 这些力大小 方向有何关系 它们的合力有何特点 2 高铁在水平轨道上匀速前进 它受哪些力作用 这些力大小 方向有何关系 它们的合力有何特点 3 图中的两个物体的运动状态在物理上叫做什么状态 提示 1 受重力和支持力 重力竖直向下 支持力竖直向上 二力等大 反向 合力为零 2 受重力 支持力 牵引力 阻力四个力 重力与支持力等大 反向 牵引力与阻力等大 反向 合力为零 3 平衡状态 二 超重和失重1 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 物体具有竖直 的加速度 大于 向上 2 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 物体具有竖直 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 思考判断 1 超重就是物体受到的重力增加了 2 完全失重就是物体不受重力了 3 超重和失重可根据物体速度方向判定 4 超重和失重可根据物体的加速度方向判定 三 从动力学看自由落体运动1 自由落体运动 1 受力情况 运动过程中只受 作用 且所受重力恒定不变 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 重力 加速度 0 匀加速 2 竖直上抛运动 1 受力情况 只受 作用 加速度为 2 运动情况 上升阶段为 运动 下降阶段为 运动 整个过程是匀变速直线运动 3 基本公式 速度公式 v 位移与时间的关系 x 速度与位移之间的关系 v2 v 重力 重力加速度 匀减速直线 自由落体 v0 gt 2gx 思维拓展 1 物体做自由落体运动需要满足哪些条件 2 自由落体和竖直上抛运动的加速度为什么不变 提示 1 两个条件 第一 物体由静止开始下落 第二 运动中只受重力的作用 2 物体只受重力 由mg ma得a g 加速度不变 共点力的平衡问题 要点归纳 1 两种平衡情形 1 物体在共点力作用下处于静止状态 2 物体在共点力作用下处于匀速直线运动状态 2 平衡条件的表达式 3 由平衡条件得出的三个结论 4 共点力平衡问题的常见处理方法 1 力的合成 分解法 对于三力平衡问题 一般可根据 任意两个力的合成与第三个力等大 反向 的关系 即利用平衡条件的 等值 反向 原理解答 2 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 这种方法用来讨论动态平衡问题较为方便 3 正交分解法 处于平衡状态的物体的三个力不能构成直角三角形或受力多于三个力时 可将各力分别分解到x轴上和y轴上 运用两坐标轴上的合力都等于零来求解 5 动态平衡问题的分析方法 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 的变化判断各个力的变化情况 精典示例 例1 在光滑墙壁上用网兜把足球挂在a点 足球与墙壁的接触点为b 如图2所示 足球的质量为m 悬绳与墙壁的夹角为 网兜的质量不计 求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力的大小 思路点拨 1 全面分析球的受力 作出受力分析图 2 根据平衡条件 选合适的方法 列平衡方程 图2 方法总结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 全面分析研究对象的受力情况 找出作用在研究对象上的所有外力 并作出受力分析图 如果物体与别的接触物体间有相对运动 或相对运动趋势 时 在图上标出相对运动的方向 以判断摩擦力的方向 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 针对训练1 如图3所示 一物块置于水平地面上 当用与水平方向成60 角的力f1拉物块时 物块做匀速直线运动 当改用与水平方向成30 角的力f2推物块时 物块仍做匀速直线运动 若f1和f2的大小相等 则物块与地面之间的动摩擦因数为 图3 答案b 例2 2018 南通高一检测 如图4是用来粉刷墙壁的涂料滚的示意图 使用时 用撑竿推着涂料滚沿着墙壁上下滚动 把涂料均匀地粉刷到墙壁上 撑竿的重量和墙壁的摩擦均不计 而且撑竿足够长 粉刷工人站在离墙壁某一距离处缓缓上推涂料滚 使撑竿与墙壁间的夹角越来越小 该过程中撑竿对涂料滚的推力为f1 涂料滚对墙壁的压力为f2 下列说法正确的是 a f1 f2均减小b f1 f2均增大c f1减小 f2增大d f1增大 f2减小 图4 思路探究 1 题中 缓缓上推 隐含什么含义 2 涂料滚受几个力作用 各有何特点 提示 1 缓缓 表明推得很慢 可以认为涂料滚在每一个位置都处于平衡状态 2 受重力和墙壁及撑竿对它的支持力三个力作用 其中重力不变 墙壁的支持力的方向不变 大小改变 撑竿的支持力的大小 方向都改变 答案a 方法总结图解法的应用 1 在合力与两分力构成的三角形中 一个是恒力 大小 方向均不变 另两个是变力 其中一个是方向不变的力 另一个是大小 方向均改变的力 2 分析方向变化的力在哪个空间内变化 借助力的矢量三角形 利用图解法判断两个变力大小 方向的变化 3 由图解可知 当大小 方向都可变的分力 设为f1 与方向不变 大小可变的分力垂直时 f1有最小值 针对训练2 如图5所示 在倾角为 的光滑斜面上有一光滑挡板a 在挡板和斜面之间夹一质量为m的重球b 开始板a处于竖直位置 现使其下端绕o沿逆时针方向缓慢转至水平位置 分析重球b对斜面和对挡板压力的变化情况是 a 对斜面的压力逐渐减小 对挡板的压力也逐渐减小b 对斜面的压力逐渐变大 对挡板的压力则逐渐减小c 对斜面的压力逐渐减小 对挡板的压力先变小后变大d 对斜面的压力逐渐减小 对挡板的压力先变大后变小 图5 解析分析球的受力 受到重力mg 挡板对球的弹力fa及斜面对球的支持力fb 如图所示 球处于静止 弹力fa与fb的合力f大小等于重力大小 方向竖直向上 fa fb f构成一平行四边形 当挡板端绕o沿逆时针方向缓慢转至水平位置的过程中 可以看出表示弹力fa的边的长度先变小后变大 即表示弹力fa先变小后变大 表示支持力fb的边的长度是一直变短 即说明fb一直变小 由牛顿第三定律可知 球对挡板的压力先变小后变大 对斜面的压力逐渐减小 选项c正确 答案c 对超重和失重现象的理解 要点归纳 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 2 超重 失重的分析 3 判断超重 失重状态的方法 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时处于超重状态 具有向下的加速度时处于失重状态 向下的加速度为g时处于完全失重状态 3 方法口诀 超重与失重 全由a的方向定 向上为超重 向下为失重 精典示例 例3 质量为60kg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10m s2 1 升降机匀速上升 2 升降机以3m s2的加速度加速上升 3 升降机以4m s2的加速度加速下降 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 600n 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600n 处于平衡状态 2 当升降机以3m 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 780n 由牛顿第三定律得 此时体重计的示数为780n 大于人的重力 人处于超重状态 3 当升降机以4m 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 360n 由牛顿第三定律得此时体重计的示数为360n 小于人的重力600n 人处于失重状态 答案 1 600n平衡状态 2 780n超重状态 3 360n失重状态 误区警示 1 超重与失重现象仅仅是一种表象 只是拉力 或压力 的增大或减小 物体的重力大小是不变的 2 物体处于超重状态时 不一定是向上加速运动 也可能是向下减速运动 同理 物体处于失重状态时 不一定是向下加速运动 也可能是向上减速运动 针对训练3 多选 在升降机中 一个人站在磅秤上 发现自己的体重减轻了20 于是他作出下列判断 其中正确的是 a 升降机以0 8g的加速度加速上升b 升降机以0 2g的加速度加速下降c 升降机以0 2g的加速度减速上升d 升降机以0 8g的加速度减速下降 解析人处于失重状态 其加速度方向竖直向下 可能是加速下降 也可能是减速上升 人从秤上读出自己的体重即为视重f 由牛顿第二定律有mg f ma 故f m g a 1 20 mg 解得a 0 2g 即升降机以0 2g的加速度加速下降或减速上升 答案bc 从动力学看抛体运动 要点归纳 1 运动性质 对自由落体运动 物体只受重力 下落的加速度为g 对竖直上抛运动 先做竖直向上的匀减速运动 上升到最高点后 又开始做自由落体运动 整个过程中加速度始终为g 2 竖直上抛运动的重要特性 作出竖直上抛运动的过程图 如图所示 1 对称性 时间对称性 对同一段距离 上升过程和下降过程时间相等 tab tba toc tco 速度对称性 上升过程和下降过程通过同一点时速度大小相等 方向相反 vb vb va va 2 多解性通过某一点对应两个时刻 即 物体可能处于上升阶段 也可能处于下降阶段 3 竖直上抛运动的几个典型关系 精典示例 例4 一个以40m s匀速竖直上升的氢气球 在某时刻从气球上掉下一个重物 已知重物掉下时距离地面的高度为100m 此重物从氢气球上掉下来后 要经过多长时间返回地面 g 10m s2 答案10s 方法总结竖直上抛问题的处理方法 针对训练4 多选 以35m s的初速度竖直向上抛出一个小球 不计空气阻力 g 10m s2 以下判断正确的是 a 小球到达最大高度时的速度为0b 小球到达最大高度时的加速度为0c 小球上升的最大高度为61 25md 小球上升阶段所用的时间为3 5s 答案acd 1 在下图中 能表示物体处于平衡状态的是 解析物体处于平衡状态是指物体保持静止 f合 0 v 0 或匀速直线运动状态 f合 0 a 0 v不变 可判断只有c正确 答案c 2 下列关于超重与失重的说法中 正确的是 a 超重就是物体的重力增加了b 失重就是物体的重力减少了c 完全失重就是物体的重力没有了d 不论是超重 失重 还是完全失重 物体所受的重力是不变的 解析超重是物体对接触面的压力或对悬挂物的拉力大于物体的真实重力 物体的重力并没有增加 所以a错误 失重是物体对接触面的压力或对悬挂物的拉力小于物体的真实重力 物体的重力并没有减少 所以b错误 完全失重是说物体对接触面的压力或对悬挂物的拉力为零的时候 此时物体的重力也不变 所以c错误 不论是超重 失重 还是完全失重 物体所受的重力是不变的 只是对接触面的压力或对悬挂物的拉力不和重力相等了 所以d正确 答案d 3 如图6所示 a b两人用安全带连接在一起 从飞机上跳下进行双人跳伞运动 降落伞未打开时不计空气阻力 下列说法正确的是 a 在降落伞未打开的下降过程中 安全带的作用力一定为零b 在降落伞未打开的下降过程中 安全带的作用力大于b的重力c 在降落伞未打开的下降过程中 安全带的作用力等于b的重力d 在降落伞打开后减速下降过程中 安全带的作用力小于b的重力 图6 解析据题意 降落伞未打开时 a b两人只受重力作用 竖直方向一起做自由落体运动 处于完全失重状态 则a b之间安全带的作用力为0 a正确 b c错误 降落伞打开后 a b减速下降 加速度向上 则a b处于超重状态 对b有 ft mg ma 即ft mg ma mg 故d错误 答案a 4 多选 一人乘电梯上楼 在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如