高中物理 第四章 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

7用牛顿运动定律解决问题 二 第四章牛顿运动定律 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 共点力的平衡1 平衡状态 或状态 2 平衡条件 1 f合 或加速度a fx合 fy合 2 静止 匀速直线运动 0 0 0 0 二 超重和失重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 称为超重现象 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 称为失重现象 3 完全失重 如果物体对支持物 悬挂物作用力 这时物体正好以大小等于 方向的加速度运动 此时物体处于完全失重状态 大于 小于 完全没有 竖直向下 g 三 从动力学看自由落体运动和竖直上抛运动1 自由落体运动 1 条件 物体从开始下落 即运动的初速度是 运动过程中只受的作用 根据牛顿第二定律mg ma 所以a 2 运动性质 v0 a 的匀加速直线运动 2 竖直上抛 1 条件 具有的初速度 只受 2 运动性质 初速度v0 0 加速度a 的匀变速直线运动 静止 0 重力 0 竖直向上 重力 g g g 判断下列说法的正误 1 物体所受合力为零时 就一定处于平衡状态 2 超重就是物体受到的重力增加了 3 物体处于完全失重状态时 物体的重力就消失了 4 物体处于超重状态时 物体一定在上升 5 物体处于失重状态时 物体可能在上升 6 物体做竖直上抛运动时 处于超重状态 答案 即学即用 重点探究 一 共点力的平衡条件 导学探究 1 物体只有在不受力作用时 才能保持平衡状态吗 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 答案 2 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 知识深化 平衡条件的四个推论1 二力作用平衡时 二力等大 反向 2 三力作用平衡时 任意两个力的合力与第三个力等大 反向 3 多力作用平衡时 任意一个力与其他所有力的合力等大 反向 4 物体处于平衡状态时 沿任意方向上分力之和均为零 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 重力加速度为g 答案 解析 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 也可用正交分解法求解 解法1 三角形法取足球为研究对象 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 如图甲所示 可求得 f1 ftan mgtan 解法2 正交分解法取足球为研究对象 如图乙所示 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 f2sin f1 0 fy合 f2cos g 0 代入 式得f1 f2sin mgtan 二 超重和失重 导学探究 如图所示 某人乘坐电梯正在向上运动 1 电梯启动瞬间加速度方向向哪 人受到的支持力比其重力大还是小 电梯匀速向上运动时 人受到的支持力比其重力大还是小 答案电梯启动瞬间加速度方向向上 人受到的合力方向向上 所以支持力大于重力 电梯匀速向上运动时 人受到的合力为零 所以支持力等于重力 答案 2 电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪 人受到的支持力比其重力大还是小 答案减速运动时 因速度方向向上 故加速度方向向下 即人受到的合力方向向下 支持力小于重力 答案 知识深化 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 失重的比较 3 对超重 失重的理解 1 物体处于超重还是失重状态 只取决于加速度的方向 与物体的运动方向无关 2 发生超重和失重时 物体所受的重力并没有变化 3 发生完全失重现象时 与重力有关的一切现象都将消失 比如物体对支持物无压力 摆钟将停止摆动 靠重力使用的仪器也不能再使用 如天平 只受重力作用的一切抛体运动 都处于完全失重状态 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大于晓敏的重力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 答案 解析 图2 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 b错误 人处于失重状态 加速度向下 运动方向可能向上 也可能向下 故c错误 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 故d正确 针对训练 2018 4月选考 8 如图3所示 小芳在体重计上完成下蹲动作 下列f t图象能反映体重计示数随时间变化的是 答案 解析 图3 解析体重计的读数为人所受的支持力大小 下蹲过程人的速度从0开始最后又回到0 因此人先加速运动后减速运动 加速度方向先向下后向上 即先失重后超重 所以支持力先小于重力 后大于重力 因此选c 三 从动力学观点看自由落体和竖直上抛运动 导学探究 自由落体运动和竖直上抛运动有什么共同点 答案 1 都只受重力作用 是a g的匀变速直线运动 2 都处于失重状态 3 竖直上抛运动到最高点的逆过程是自由落体运动 竖直上抛运动到最高点后的过程是自由落体运动 答案 知识深化 对竖直上抛运动的理解1 性质 竖直上抛运动是初速度方向竖直向上 加速度为g的匀变速直线运动 2 特点 1 上升过程 加速度与速度方向相反 物体做匀减速直线运动 下降阶段 加速度与速度方向相同 物体做自由落体运动 2 在最高点时 物体速度为零 但加速度仍为g 3 运动规律 答案7s60m s 例3气球下挂一重物 以v0 10m s的速度匀速上升 当到达离地面高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 答案 解析 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 h 180m 重物落地速度v gt2 60m s 总时间t t1 t2 7s 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 得v 60m s 负号表示方向竖直向下 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 2 全程法 1 整个过程 初速度v0竖直向上 加速度g竖直向下的匀变速直线运动 应用规律v v0 gt x v0t 2 正负号的含义 v 0表示物体上升 v 0表示物体下降 x 0表示物体在抛出点上方 x 0表示物体在抛出点下方 达标检测 1 2 3 4 1 共点力的平衡 如图4所示 某工人正在修理草坪 推力f与水平方向成 角 割草机沿水平方向做匀速直线运动 则割草机所受阻力的大小为 图4 答案 解析人下蹲过程中有失重和超重两个过程 先是加速下降 失重 再减速下降 超重 对应先失重再超重 起立过程中对应先超重再失重 对应题图可知 该同学做了两次下蹲起立的动作 c正确 a b d错误 1 2 3 4 2 对超重和失重的理解 2018 宁波市第一学期期末 如图5所示 是某同学站在压力传感器上做下蹲或起立的动作时记录的力随时间变化的图线 由图线可以得到正确的信息是a 该同学做了一次下蹲动作b 该同学做了四次下蹲动作c 下蹲过程中人处于先失重后超重的状态d 起立过程中人处于先失重后超重的状态 答案 图5 解析 1 2 3 4 3 竖直上抛 某物体以30m s的初速度竖直上抛 不计空气阻力 g 10m s2 则5s内物体的a 路程为55mb 位移大小为25m 方向竖直向上c 速度改变量的大小为10m s 方向竖直向下d 平均速度大小为13m s 方向竖直向上 答案 解析 根据加速度的定义可知 物体在5s内速度改变量的大小为 v gt 50m s 故选项c错误 1 2 3 4 通过的位移为 x h1 h2 25m 方向竖直向上 选项b正确 1 2 3 4 答案600n 4 超重 失重和完全失重的有关计算 质量是60kg的人站在升降机中的体重计上 如图6所示 重力加速度g取10m s2 当升降机做下列各种运动时 求体重计的示数 1 匀速上升 答案 解析 图6 解析匀速上升时 由平衡条件得 fn1 mg 600n 由牛顿第三定律得 人对体重计压力为600n 即体重计示数为600n 1 2 3 4 答案840n 2 以4m s2的加速度