高中物理 第4章 牛顿运动定律 7 用牛顿运动定律解决问题（二）课件 新人教版必修1.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修1 牛顿运动定律 第四章 7用牛顿运动定律解决问题 二 第四章 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 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 一 对共点力作用下物体平衡的理解1 对静止状态的理解 静止与速度v 0不是一回事 物体保持静止状态 说明v 0 a 0 两者同时成立 若仅是v 0 a 0 如自由下落开始时刻的物体 并非处于平衡状态 2 平衡状态与运动状态的关系 平衡状态是运动状态的一种 平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态 4 共点力平衡的几种常见类型 1 物体受两个力平衡时 这两个力等大反向 是一对平衡力 2 物体受三个力平衡时 任意两个力的合力与第三个力等大反向 3 物体受三个以上的力平衡时 其中任意一个力与另外几个力的合力等大反向 5 动态平衡问题 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 的长度变化判断各个力的变化情况 6 处理共点力平衡问题的一般方法处理共点力的平衡问题正确的受力分析是关键 当物体受三个力 不平行 而平衡时 这三个力一定是共点力 常用以下两种方法处理问题 1 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 这种方法一般用来讨论动态平衡问题较为方便 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 小车在丙位置受到的合力为零d 小车在丙位置做加速运动答案 bd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 小车做加速运动 a错误 同理可判b d正确 c错误 二 超重与失重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 大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力 当物体处于超重或失重时 物体的重力并未变化 只是视重变了 2 超重 失重的分析 特别提醒 1 发生超重或失重的现象与物体的速度方向无关 只取决于物体加速度的方向 2 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 答案 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 物体的平衡 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 答案 c 动态平衡问题 在板bc逐渐放至水平的过程中 逐渐减小 由上式可知 n1 减小 n2 也减小 根据牛顿第三定律可知 n1 n1 n2 n1 故b正确 答案 b 点评 1 本题所用的图解法 在分析矢量的动态变化时 经常使用这种方法 采用这种方法 具有简捷 直观 有效的特点 尤其是在合矢量不变 一个分矢量的方向不变 分析另一个分矢量的大小和方向变化及其规律时 更适合使用此法 2 利用图解法应注意两点 正确判断某一个分力的大小和方向的变化 注意某一个分力方向变化的空间范围 答案 b解析 以o点为研究对象 分析受力情况 重力mg 绳子的拉力t和ao杆的作用力f 当b在o正上方左侧时 受力如图1所示 由图看出 当b向右移动直到o点正上方的过程中 t变小 再分析b在o正上方右侧时 受力如图2所示 由图看出 当b从o点正上方向右移动的过程中 t变大 所以bo绳上的拉力先变小后变大 超重与失重 答案 ad解析 由图可知 t0至t1时间段弹簧秤的示数小于g 故物体可能向下加速 也可能向上减速 t1至t2时间段弹力等于重力 故合力为零 物体可能匀速也可能静止 而t2至t3时间段内合力向上 故物体加速度向上 电梯可能向上加速也可能向下减速 ad均符合题意 故选ad 易错点 超重与失重的思维定势导致错误 c 箱子接近地面时 箱内物体受到的支持力比刚投下时大d 若下落距离足够长 箱内物体有可能不受底部支持力而 飘起来 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 m g kv2