河北省迁安一中高中物理 用牛顿运动定律解决问题课件 新人教版必修1.ppt

7用牛顿运动定律解决问题 二 1 知道物体怎样才是处于平衡状态 掌握共点力作用下物体的平衡条件 并会用来解决有关平衡问题 2 知道什么是超重现象和失重现象 会运用牛顿定律分析超重 失重问题 一 共点力作用下物体的平衡条件1 平衡状态物体在力的作用下保持 或 的状态 2 平衡条件 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 物体所受的重力的现象 静止 匀速直线运动 合力为零 大于 2 产生条件 物体具有 的加速度 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 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 等于零的状态 产生条件 a g方向 竖直向上 小于 竖直向下 竖直向下 一 对平衡状态及平衡条件的理解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 静止 和 v 0 的区别与联系 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共线 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共线 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共线 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 1 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时 物体就一定处于平衡状态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 物体所受合外力为零时 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 解析 本题考查对平衡状态的判断 处于平衡状态的物体从运动形式上是处于静止或匀速直线运动状态 从受力上看 物体所 受合外力为零 某一时刻速度为零的物体 受力不一定为零 故不一定处于平衡状态 A错误 物体相对另一物体静止时 该物体不一定静止 如当另一物体做变速运动时 该物体也做变速运动 此时物体处于非平衡状态 故B错误 C选项符合平衡条件的判断 为正确选项 物体做匀加速运动 所受合外力不为零 所以不是平衡状态 故D错误 选C 答案 C 物体受到与水平方向成30 角的拉力FT的作用 向左做匀速直线运动 如右图所示 则物体受到的拉力FT与地面对物体的摩擦力的合力的方向是 A 向上偏左B 向上偏右C 竖直向上D 竖直向下 解析 物体受重力mg 拉力FT 支持力FN和摩擦力Ff共同作用处于平衡状态 则四个力的合力为零 即有Ff与FT的合力的大小等于重力和支持力的合力的大小 方向相反 答案 C 二 对超重和失重的理解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 大小等于测力计所受的拉力或秤所受压力 2 超重 失重的分析 3 对超重和失重现象的理解 1 物体处于超重或失重状态时 物体所受的重力始终不变 只是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化 看起来物重好像有所增大或减小 2 发生超重或失重现象与物体的速度方向无关 其取决于物体加速度的方向 3 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 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 3 关于超重 失重 下列说法中正确的是 A 超重就是物体的重力增加了B 失重就是物体的重力减小了C 完全失重就是物体的重力消失了D 不论超重 失重 物体的重力不变 答案 D 如右图所示 在一细绳C点系住一重物P 细绳两端A B分别固定在墙上 使AC保持水平 BC与水平方向成30 角 已知细绳最多只能承受200N的拉力 那么C点悬挂物体的重力最多为 N 这时细绳的 段即将拉断 解析 本题选择C点作为研究对象 它受重物P竖直向下的拉力F mPg BC段绳的拉力F1 AC段绳的拉力F2 三力合力为零 解法一力的合成法 根据一个物体受三个力作用处于平衡状态 则三个力的任意二个力的合力大小等于第三个力大小 方向与第三个力方向相反 在如右图所示中可得出F1与F2的合力F合竖直向上 大小等于F 由三角函数关系 可得出 F合 F1 sin30 F mPg F2 F1 cos30 当F1达到最大值200N时 mPg 100N F2 173N 在此条件下 BC段绳子即将断裂 AC段绳的拉力F2还未达到最大值 当F2达到最大值200N时 mPg 115 6N F1 231 2N 200N 由此可看出 AC段绳的拉力达到最大值 BC段绳的拉力已经超过其最大承受拉力 在该条件下 BC段绳子早已断裂 从以上分析可知 C点悬挂物体的重力最多为100N 这时BC段绳子即将拉断 解法二正交分解法如右图所示 将拉力F1分解 根据物体平衡条件可得 F1 sin30 F mPg F2 F1 cos30 以下分析过程同解法一 答案 100NBC 2009年山东卷 如右图所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O为球心 一质量为m的小滑块 在水平力F的作用下静止于P点 设滑块所受支持力为FN OP与水平方向的夹角为 下列关系正确的是 解析 物体受力情况如右图所示 由物体的平衡条件可得FNsin mg FNcos F 联立解得FN mg sin F mg tan 故只有A正确 答案 A 一个人站在磅秤上 在他蹲下的过程中 磅秤的示数将 A 先小于体重 后大于体重 最后等于体重B 先大于体重 后小于体重 最后等于体重C 先小于体重 后等于体重D 先大于体重 后等于体重 解析 把人看做一整体 受到重力和磅秤支持力的作用 若重心 加速下降 处于失重状态 则支持力小于重力 若重心减速下降 处于超重状态 则支持力大于重力 人下蹲的过程较复杂 首先必定加速 但最后人又静止 所以必定还有减速过程 即人的重心先加速下降 后减速下降 最后静止 因此 磅秤示数先小于体重 后大于体重 最后等于体重 答案 A 1 判断超 失重现象关键是看加速度方向 而不是运动方向 2 处于超重状态时 物体可能做向上加速或向下减速运动 3 处于失重状态时 物体可能做向下加速或向上减速运动 下列说法正确的是 A 游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态B 蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态C 举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态D 体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 解析 由超重 失重和完全失重的概念可知 在加速度向下时处于失重状态 在加速度向上时处于超重状态 故正确答案为B 答案 B 某人在地面上最多能举起60kg的物体 而在一个加速下降的电梯里最多能举起80kg的物体 求 1 此电梯的加速度多大 2 若电梯以此加速度上升 则此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少 g取10m s2 解析 人举物体时 其最大举力是确定的 由于电梯做加速 运动 物体有 超重 和 失重 两种情况 其运动可由牛顿第二定律分析 加速下降时 合外力向下 对物体而言 重力大于举力 反之 重力小于举力 1 站在地面上的人 最大举力为F m1g 60 10N 600N 在加速下降的电梯内 人的最大举力F仍为600N 由牛顿第二定律得m2g F m2a 答案 1 2 5m s2 2 48kg 此人在地面上的最大 举力 是F 那么他在以不同的加速度运动的电梯里最大 举力 仍为F 这是解决本题的关键 同时注意要合理利用牛顿第二定律及F合与a的方向相同这一规律列出方程 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 如图乙所示 以下根据图象分析得出的结论中正确的是 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 解析 由图可知在0 t1 t2 t3及t4之后 传感器所受压力大小等于物块的重力大小 t1 t2时间段内 传感器所受压力大小大于物块重力 处于超重状态 加速度向上 t3 t4时间段内 压力小于物块重力 处于失重状态 加速度向下 综上所述选项B C正确 答案 BC 动态平衡 是指平衡问题中的一部分力是变力 是动态力 力的大小和方向均要发生变化 所以叫动态平衡 这是力平衡问题中的一类难题 解决这类问题的一般思路是 把 动 化为 静 静 中求 动 如右图所示 把球夹在竖直墙面AC和木板BC之间 不计摩擦 球对墙的压力为FN1 球对板的压力为FN2 在将板BC逐渐放至水平的过程中 下列说法中正确的是 A FN1和FN2都增大B FN1和FN2都减小C FN1增大 FN2减小D FN1减小 FN2增大 解析 此为一动态平衡问题 受力情况虽有变化 但球始终处于平衡状态 方法一图解法对球受力分析如右图所示 受重力G 墙对球的支持力F N1和板对球的支持力F N2而平衡 做出F N1和F N2的合力F 它与G等大反向 当板BC逐渐放至水平的过程中 F N1的方向不变 大小逐渐减小 F N2的方向发生变化 大小也逐渐减小 如右上图所示 由牛顿第三定律可知 FN1 F N1 FN2 F N2 故答案B正确 方法二解析法对球受力分析如右图所示 受重力G 墙对球的支持力F N1和板对球的支持力F N2而平衡 则F G F N1 Ftan F N2 F cos 所以F N1 Gtan F N2 G cos 当板BC逐渐放至水平的过程中 逐渐减小 所以由上式可知 F N1减小 F N2也减小 由牛顿第三定律可