人教必修1全国通用版：第4章-牛顿运动定律第4章-7-用牛顿运动定律解决问题(二)-(1).ppt

第四章 牛顿运动定律 7用牛顿运动定律解决问题 二 课前预习 1 共点力 物体同时受几个力作用 如果这几个力作用在物体的 或者它们的作用线 那么这几个力就叫共点力 2 平衡状态 一个物体在力的作用下 保持 或 状态 则该物体处于平衡状态 3 平衡条件 共点力作用下物体的平衡条件是 即F合 0 共点力作用下物体的平衡 同一点 交于一点 静止 匀速直线运动 合力为零 1 视重 所谓 视重 是指人由弹簧秤等量具上所 的读数 2 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 的加速度 超重和失重 看到 大于 竖直向上 3 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 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 的状态 产生条件 a 方向 小于 竖直向下 等于零 g 竖直向下 1 受力情况 运动过程中只受 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 的竖直向下的 直线运动 从动力学看自由落体运动 重力 加速度 零 匀加速 判一判 1 处于平衡状态的物体一定处于静止状态 2 加速度为零时 物体一定处于平衡状态 3 物体向上运动时一定处于超重状态 4 物体减速向下运动时处于失重状态 5 物体处于失重状态时重力减小了 A 小车在甲位置受到的合力为零B 小车在乙位置做匀速运动C 小车在乙位置处于平衡状态D 小车在丙位置处于平衡状态 BC 解析 由图可看出小车在甲位置时 后轮所受地面的弹力竖直向上 前轮所受地面的弹力垂直斜面向上 小车所受重力竖直向下 三力之合不为零 A错误 同理可判B C正确 D错误 你能在给出的坐标系中大致画出F随t变化的规律吗 解析 人从静止站立快速下蹲 有向下的加速度 处于失重状态 FG 当速度最大到腾空之前 重力大于支撑力 腾空后 支撑力为零 如图所示 课内探究 如图所示 甲图中的石头受到几个力的作用而处于静止状态 乙图中的飞机做水平方向的匀速直线运动 试结合上述现象讨论 处于平衡状态的物体有什么特点 物体若受多个共点力保持平衡 应满足什么条件 探究一共点力作用下物体的平衡 提示 处于平衡状态的物体 其运动状态不发生变化 加速度为0 共点力作用下物体的平衡条件是合力为0 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 解题指导 足球处于三力平衡状态 可以应用分解法 合成法或正交分解法等方法求解 解析 取足球作为研究对象 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 方向水平向右 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O点 支持力F1沿球的半径方向 G和F1的作用线必交于球心O点 则F2的作用线必过O点 既然是三力平衡 可以根据任意两力的合力与第三力等大 反向求解 可以据力三角形求解 也可用正交分解法求解 解法1用合成法取足球作为研究对象 它们受重力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 从图中力的平行四边形可求得 F1 Ftan mgtan F2 F cos mg cos 解法2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 如图所示 将重力G分解为F1 和F2 由共点力平衡条件可知 F1与F1 的合力必为零 F2与F2 的合力也必为零 所以F1 F1 mgtan F2 F2 mg cos 解法4用正交分解法求解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Fx合 F1 F2sin 0 Fy合 F2cos G 0 由 式解得 F2 G cos mg cos 代入 式得F1 F2sin mgtan 答案 mg cos mgtan 点评 比较各种解法的优缺点 分析一下解决此类问题的方法步骤 解析 孔明灯升空后向着东北偏上方向匀速直线运动 合力为零 只受重力和空气的作用力 根据平衡条件得到空气的作用力的大小为mg 方向竖直向上 故选D D 你乘坐过高速电梯吗 电梯在启动 停止的过程中你有怎样的感受 将你的体验与同学交流一下 体会其中蕴含的物理规律 提示 电梯启动时感到脚对地板的压力增大 电梯在停止的过程中感到脚对地板的压力减小了 探究二对超重与失重现象的理解 1 实重与视重 1 实重 物体实际所受的重力 2 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 大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力 2 超重与失重 1 超重 视重 大于 实重 的现象 2 失重 视重 小于 实重 的现象 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 只取决于物体加速度的方向 加速度向上则 超重 加速度向下则 失重 3 在完全失重状态下 平常由重力产生的一切物理现象都完全消失 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 C 解题指导 1 加速度的方向决定 超重 或 失重 2 重力不随物体的运动状态而变化 解析 苹果在空中下落时加速度向下 处于 失重 状态 A错 苹果在水中下落时加速度向上 处于 超重 状态 C对 苹果在水中上升时加速度向上 处于 超重 状态 D错 苹果在整个运动过程中 重力 没变 B错 解析 不计空气阻力 则A B均处于完全失重状态 在上升和下降过程中 A对B的压力一定都为零 A正确 A 一个人站在体重计的测盘上 在人从站立到蹲下的整个过程中 如下图所示 体重计指针示数如何变化 提示 先减小 后增加 再还原解析 人蹲下的过程经历了加速向下 失重 减速向下 超重 和静止这三个过程 探究三超重与失重现象的分析处理 1 产生超重 失重现象的原因 1 产生超重的原因 当物体具有向上的加速度a时 支持物对物体的支持力 或悬绳的拉力 为F 由牛顿第二定律可得 F mg ma所以F m g a mg由牛顿第三定律知 物体对支持物的压力 或对悬绳的拉力 F mg 2 产生失重现象的原因 当物体具有向下的加速度a时 支持物对物体的支持力 或悬绳对物体的拉力 为F 由牛顿第二定律可知 mg F ma所以F m g a mg由牛顿第三定律可知 物体对支持物的压力 或对悬绳的拉力 F mg 特例 当物体具有向下的加速度a g时 则F 0 物体处于完全失重状态 解析 以物体为研究对象 对物体进行受力分析及运动状态分析 如图甲所示 设人的最大 举力 为F 由牛顿第二定律得m1g F m1a1 所以F m1 g a1 855N 当他在地面上举物体时 设最多可举起质量为m0的物体 则有m0g F 0 所以m0 85 5kg 答案 85 5kg11 375m s2 答案 1 2m s2 方向向下 2 400N竖直向下 素养提升 C 易错分析 本题易错选项及错误原因具体分析如下 正确解答 箱子刚投下时不受阻力 整体加速度为g 对于物体有 mg FN mg 即FN 0 此时物体对箱子底部的压力为零 故B错 随着箱子的下落 因受空气阻力作用 对整体应用牛顿第二定律得 M