高中物理 第四章 第7节 用牛顿运动定律解决问题（二）课件 新人教版必修1.ppt

7用牛顿运动定律解决问题 二 第四章牛顿运动定律 学习目标 知识探究 典例精析 达标检测 1 理解共点力作用下物体平衡状态的概念以及共点力作用下物体的平衡条件 2 会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题 3 知道超重 失重和完全失重现象 会根据条件判断超重 失重现象 4 能从动力学角度理解自由落体运动和竖直上抛运动 一 共点力的平衡条件 答案 1 什么是平衡状态 知识探究 导学探究 2 物体只有在不受力作用时 才能保持平衡状态吗 答案物体保持静止或匀速直线运动的状态叫做平衡状态 答案不是 因为处于平衡状态时 物体所受的合力为零 而不只是不受力作用 3 速度等于零时 物体一定处于平衡状态吗 答案不一定 平衡状态表现为速度始终不变 当物体某一瞬间的速度为零时 但速度要发生变化 即加速度不为零时 就不是平衡状态 答案 对共点力的平衡条件的理解 1 平衡状态 或状态 2 平衡条件 f合 或加速度a 知识梳理 静止 匀速直线运动 0 0 0 0 答案 3 平衡条件的四个推论 二力作用平衡时 二力 三力作用平衡时 任意两力的合力与第三个力 多力作用平衡时 任意一个力与其他所有力的合力 物体处于平衡状态时 沿任意方向上分力之和 等大 反向 等大 反向 等大 反向 均为零 答案 物体在共点力作用下 下列说法中正确的是 a 物体的速度在某一时刻等于零 则该时刻物体一定处于平衡状态b 物体相对另一物体保持静止时 物体一定处于平衡状态c 物体所受合力为零 就一定处于平衡状态d 物体做匀加速运动时 物体处于平衡状态 即学即用 c 答案 二 超重和失重 小星为了研究超重和失重现象 在电梯里放了一台台秤 当他站在台秤上 由十八楼到一楼的过程中 他记录了台秤示数的变化 50kg 45kg 50kg 55kg 50kg 已知小星的体重为50kg 则 1 发生超重和失重现象时台秤的示数各是什么值 答案失重时示数为45kg 超重时示数为55kg 导学探究 答案 2 发生失重和超重现象时小星的加速度大小是多少 方向如何 答案失重时 mg fn1 ma1而且fn1 45 10n 450n解得 a1 1m s2 方向竖直向下 超重时fn2 mg ma2而且fn2 55 10n 550n解得 a2 1m s2 方向竖直向上 答案 超重和失重的概念 1 超重 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 物体具有的加速度 2 失重 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 物体具有的加速度 3 完全失重 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 的状态 物体具有的加速度而且大小等于 知识梳理 答案 竖直向上 小于 竖直向下 等于零 竖直向下 大于 g 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 升降机以0 8g的加速度加速上升 升降机以0 2g的加速度加速下降 升降机以0 2g的加速度减速上升 升降机以0 8g的加速度减速下降a 只有 和 正确b 只有 和 正确c 只有 和 正确d 均不正确 解析答案 即学即用 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 b 三 从动力学观点看自由落体和竖直上抛运动 1 物体做自由落体运动需要满足哪些条件 导学探究 答案两个条件 第一 物体由静止开始下落 第二 运动中只受重力的作用 2 自由落体和竖直上抛运动的加速度为什么不变 答案物体只受重力 由mg ma得a g 加速度不变 答案 自由落体及竖直上抛运动的条件及规律 1 自由落体 条件 v0 只受作用 a 知识梳理 0 重力 g gt 2gh 2 竖直上抛 条件 具有的初速度v0 a 竖直向上 v0 gt 2gh 答案 g 将一个物体以初速度20m s竖直向上抛出 忽略空气阻力 求物体到达距抛出点上方15m处时所用的时间 g取10m s2 即学即用 解析由于忽略空气阻力 物体只受重力作用 故上升 下降的加速度都是g 物体上升过程中至距抛出点15m处所用时间为1s 物体从抛出点上升到最高点 然后自由下落至距抛出点15m处所用的时间为3s 答案1s或3s 返回 解析答案 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1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 一 共点力作用下的平衡问题 典例精析 总结提升 解析答案 图1 解析取足球为研究对象 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 方向水平向左 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 支持力f1沿球的半径方向 g和f1的作用线必交于球心 则f2的作用线必过球心 既然是三力平衡 可以根据任意两力的合力与第三个力等大 反向求解 既可以根据相似三角形求解 也可用正交分解法求解 解法一 用合成法求解取足球为研究对象 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 解析答案 总结提升 总结提升 1 基本方法 1 合成法 主要是三力平衡问题 常用力的合成的观点 根据平衡条件建立方程求解 2 分解法 根据力的分解的观点求解 包括按力产生的实际效果分解和力的正交分解法 2 解共点力平衡问题的一般步骤 1 选取研究对象 对于由相互作用的两个或两个以上的物体构成的系统 应明确所选研究对象是系统整体还是系统中的某一个物体 整体法或隔离法 总结提升 总结提升 2 对所选研究对象进行受力分析 并画出受力分析图 3 对研究对象所受的力进行处理 对三力平衡问题 一般根据平衡条件画出力合成的平行四边形 对四力或四力以上的平衡问题 一般建立合适的直角坐标系 对各力按坐标轴进行分解 4 建立平衡方程 对于四力或四力以上的平衡问题 用正交分解法列出方程组 例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50kg 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2所示 在这段时间内下列说法中正确的是 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 二 超重与失重问题 总结提升 解析答案 解析晓敏在这段时间内处于失重状态 是由于晓敏对体重计的压力变小了 而晓敏的重力没有改变 a错 晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力 大小一定相等 b错 以竖直向下为正方向 有 mg f ma 即50g 40g 50a 解得a 方向竖直向下 但速度方向可能是竖直向上 也可能是竖直向下 c错 d正确 答案d 总结提升 总结提升 1 物体处于超重或失重状态时 物体的重力并未变化 只是视重变了 2 发生超重或失重现象只取决于加速度的方向 与物体的速度变化 大小均无关 3 超重和失重的几种不同运动形式 总结提升 总结提升 4 完全失重状态的说明 在完全失重的状态下 平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失 比如物体对支持物无压力 摆钟停止摆动 浸在水中的物体不再受浮力 液体柱不再产生向下的压强等 靠重力才能使用的仪器将失效 不能再使用 如天平 液体气压计等 例3气球下挂一重物 以v0 10m s匀速上升 当达到离地面高175m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10m s2 三 分段法与全程法分析竖直上抛运动 技巧点拨 解析答案 返回 解析解法一分段法绳子断裂后 重物先匀减速上升 速度减为零后 再匀加速下降 重物下降阶段 下降距离h h1 175m 180m 重物落地速度v gt2 60m s 总时间t t1 t2 7s 技巧点拨 解析答案 技巧点拨 解法二全程法取初速度方向为正方向 可解得t1 7s t2 5s 舍去 由v v0 gt 故v 60m s 负号表示方向竖直向下 答案7s60m s 1 分段法 1 上升过程 v0 0 a g的匀减速直线运动 2 下降过程 自由落体运动 技巧点拨 返回 2 正负号的含义 v 0表示物体上升 v 0表示物体下降 h 0表示物体在抛出点上方 h 0表示物体在抛出点下方 1 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 达标检测 1 2 3 4 解析答案 解析超重是物体对接触面的压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不和重力相等了 所以d正确 答案d 1 2 3 4 解析答案 2 在田径运动会跳高比赛中 小明成功跳过了1 7m的高度 若忽略空气阻力 则下列说法正确的是 a 小明起跳时地面对他的支持力等于他的重力b 小明起跳以后在上升过程中处于超重状态c 小明下降过程处于失重状态d 小明起跳以后在下降过程中重力消失了 1 2 3 4 解析小明起跳的初始阶段加速度的方向向上 所以地面对他的支持力大于他的重力 故a错误 起跳以后在上升过程 只受重力的作用 有向下的重力加速度 是处于完全失重状态 故b错误 起跳以后在下降过程 也是只受重力的作用 有向下的重力加速度 是处于完全失重状态 故c正确 小明起跳以后在下降过程中处于完全失重状态 重力提供向下的加速度 没有消失 故d错误 答案c 1 2 3 4 3 如图3所示 一重为10n的球固定在支杆ab的上端 今用一段绳子水平拉球 使杆发生弯曲 已知绳的拉力为7 5n 则ab杆对球的作用力 a 大小为7 5nb 大小为10nc 方向与水平方向成53 角斜向右下方d 方向与水平方向成53 角斜向左上方 1 2 3 4 图3 解析答案 解析小球受力如图所示 则f2sin g f2cos f1 1 2 3 4 答案d