高中物理 第四章 牛顿运动定律 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

第四章 第7节 新知预习 巧设计 名师课堂 一点通 创新演练 大冲关 读教材 填要点 要点一 要点二 随堂检测归纳小结 课下作业综合提升 试身手 夯基础 关键语句归纳 1 理解共点力作用下物体平衡状态的概念 明确平衡条件即f合 0 会用平衡条件解决力的平衡问题 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 能解答以自由落体为基础的竖直方向的运动学问题 竖直上抛 下抛 读教材 填要点 1 共点力的平衡条件 1 平衡状态 物体在力的作用下保持或状态 则这个物体处于平衡状态 2 平衡条件 为零 静止 匀速直线运动 合力 2 超重和失重 1 超重 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 产生条件 物体具有的加速度 大于 竖直向上 2 失重 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 产生条件 物体具有的加速度 完全失重 a 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 的状态 b 产生条件 a g 方向 小于 竖直向下 等于零 竖直向下 关键一点 物体处于失重状态还是超重状态 是由物体加速度的方向决定的 3 从动力学角度看自由落体运动 1 运动学特征 初速度为零的竖直向下的直线运动 2 动力学特征 只受重力作用 且重力恒定不变 因此物体的恒定 3 加速度 由f ma得 a g 即为重力加速度 匀加速 加速度 试身手 夯基础 1 若一个物体处于平衡状态 则此物体一定是 a 静止的b 匀速直线运动c 速度为零d 合力为零解析 处于平衡状态的物体 可能处于静止或匀速直线运动状态 但其合力一定为零 故d选项正确 答案 d 2 关于超重和失重的下列说法中 正确的是 a 超重就是物体所受的重力增大了 失重就是物体所受的重力减少了b 物体做自由落体运动时处于完全失重状态 所以做自由落体运动的物体不受重力作用c 物体具有向上的速度时处于超重状态 物体具有向下的速度时处于失重状态d 物体处于超重或失重状态时 物体的重力始终存在且未发生变化 解析 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 超重和失重并非物体的重力发生变化 而是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生变化 综上所述 a b c项错误 d项正确 答案 d 3 自由落体运动是加速度的 和 都不变的匀变速直线运动 加速度之所以恒定不变 是因为物体在下落过程中所受 的大小 方向都不变 答案 大小方向重力 1 对共点力作用下物体的平衡的理解 1 两种平衡情形 静平衡 物体在共点力作用下处于静止状态 动平衡 物体在共点力作用下处于匀速直线运动状态 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 解题方法 1 合成法 对于三个共点力的平衡 一般根据 任意两个力的合力与第三个力等大 反向 的关系 结合三角函数 相似三角形等知识求解 2 分解法 对于三个共点力的平衡 也可将某一个力分解到另外两个力的反方向上 得到的这两个分力必定与另外两个力等大 反向 3 正交分解法 物体受多个共点力的作用处于平衡状态时 可以建立适当的坐标系 利用正交分解法求出x轴和y轴方向上的合力 应用fx合 0 fy合 0列式求解 4 三角形法 当三个共点力平衡时 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 图4 7 1 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 1所示 仪器中一根轻质金属丝 悬挂着一个金属球 无风时 金属丝竖直下垂 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 风力越大 偏角越大 通过传感器 就可以根据偏角的大小指示出风力 那么风力大小f跟金属球的质量m 偏角 之间有什么样的关系呢 解析 取金属球为研究对象 有风时 它受到三个力的作用 重力mg 水平方向的风力f和金属丝的拉力ft 如图所示 这三个力是共点力 在这三个共点力的作用下金属球处于平衡状态 则这三个力的合力为零 根据任意两力的合力与第三个力等大反向求解 可以根据力的三角形定则求解 也可以用正交分解法求解 法一 力的合成法如图甲所示 风力f和拉力ft的合力与重力等大反向 由平行四边形定则可得f mgtan 法二 力的分解法重力有两个作用效果 使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧 所以可以将重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解 如图乙所示 由几何关系可得f f mgtan 法三 正交分解法以金属球为坐标原点 取水平方向为x轴 竖直方向为y轴 建立坐标系 如图丙所示 由水平方向的合力f合x和竖直方向的合力f合y分别等于零 即f合x ftsin f 0f合y ftcos mg 0解得f mgtan 由所得结果可见 当金属球的质量m一定时 风力f只跟偏角 有关 因此 偏角 的大小就可以指示出风力的大小 答案 f mgtan 对于共点力作用下物体的平衡问题的求解可以采取多种方法 一般情况下 物体受三力平衡时多采用力的合成与分解 构建矢量三角形 常用的方法有图解法和相似三角形法 当物体受三个以上的力平衡时 多采用正交分解 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 超重与失重对比分析 3 超重 与 失重 的本质 1 超重与失重现象仅仅是一种表象 所谓超重与失重 只是拉力 或支持力 的增大或减小 是 视重 的改变 改变量为ma a为物体竖直方向的加速度 2 物体处于超重状态时 物体不一定是向上加速运动 也可以是向下减速运动 即只要物体的加速度方向是向上的 物体就处于超重状态 物体的运动方向可能向上也可能向下 同理 物体处于失重状态时 物体的加速度向下 物体既可以做向下的加速运动 也可以做向上的减速运动 3 无论是超重还是失重 物体本身的重力并不变化 名师点睛 1 超重和失重现象与物体的速度大小和方向无关 只取决于物体加速度的方向 2 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 3 物体处于超重状态 它的加速度不一定竖直向上 但加速度一定有竖直向上的分量 同理处于失重状态的物体 其加速度方向不一定竖直向下 但一定有竖直向下的分量 2 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 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 1 利用牛顿第二定律列方程时 一般以a方向为正方向 则与加速度方向相同的力减去与加速度方向相反的力即为合力 2 判断超重 失重现象 其关键是看加速度的方向 而不是运动方向 1 处于