广西宾阳中学2013届高三物理阶段复习课件 4.7.1 共点力的平衡条件 超重和失重 新人教版

第1课时共点力的平衡条件超重和失重 1 理解共点力作用下物体的平衡状态的概念 能推导出共点力作用下物体的平衡条件 2 会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题 3 通过实验认识超重和失重现象 理解产生超重 失重现象的条件和实质 4 能解答以自由落体运动为基础的竖直方向的运动问题 竖直上抛 竖直下抛 重点 1 共点力作用下物体的平衡条件及应用 2 发生超重 失重现象的条件及本质 难点 1 共点力平衡条件的应用 2 超重 失重现象的实质 一 共点力的平衡条件1 平衡状态如果一个物体在力的作用下 保持 或 状态 我们就说这个物体处于平衡状态 2 共点力的平衡条件物体所受到的合力为 静止 匀速直线运动 零 二 超重和失重1 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 特点 物体发生超重现象时 加速度的方向 填 向上 或 向下 大于 向上 2 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 特点 物体发生失重现象时 加速度的方向 填 向上 或 向下 3 完全失重 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 的现象 特点 物体竖直向下的加速度的大小等于 小于 向下 等于零 重力加速度 三 从运动学 动力学角度看自由落体运动1 自由落体运动的运动学特征自由落体运动是物体只在 作用下从静止开始下落的运动 2 自由落体运动的动力学特征由于物体在做自由落体运动时所受重力是一个恒力 由牛顿第二定律可知 物体下落的加速度 选填 恒定 或 改变 从这个角度看 自由落体运动是 直线运动 重力 恒定 匀变速 判一判 1 放在桌子上的物体静止不动 处于平衡状态 2 竖直上抛的物体 到达最高点时 速度为零 物体处于平衡状态 3 物体处于超重状态时 可能向上运动 也可能向下运动 4 宇航员在太空中处于完全失重状态 所以说宇航员在太空中不受重力的作用 提示 1 放在桌子上的物体静止不动 受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力的作用 合力为零 物体处于平衡状态 故 1 对 2 物体到达最高点时 只受重力的作用 即合力不为零 不符合共点力平衡的条件 故 2 错 3 物体处于超重状态时 加速度的方向向上 物体可能加速上升 也可能减速下降 故 3 对 4 宇航员在太空中处于完全失重状态 是指他不会对与他接触的物体产生正压力的作用 但是他仍受重力的作用 并且重力就是他受到的合外力 故 4 错 探究共点力的平衡条件1 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 提示 1 处于平衡状态的物体 其运动状态不发生变化 加速度为0 2 根据牛顿第二定律F ma可知 当物体处于平衡状态时 加速度为0 因而物体所受的合外力F 0 所以 共点力作用下物体的平衡条件是合力为0 2 某时刻速度等于零的物体一定处于平衡状态吗 试举例说明 提示 物体的瞬时速度为零与静止是不等价的 这时物体不一定处于平衡状态 例如 将物体竖直上抛 物体上升到最高点时 其瞬时速度为零 但物体并不能保持静止状态 物体在重力的作用下将向下运动 3 若一个物体受三个力作用而处于平衡状态 则其中一个力与另外两个力的合力满足怎样的关系 这个结论是否可以推广到多个力的平衡 提示 1 三个力平衡 合外力为零 则其中一个力与另外两个力的合力必定大小相等 方向相反 2 推广到多个力的平衡 若物体受多个力的作用而处于平衡状态 则这些力中的某一个力一定与其余力的合力大小相等 方向相反 规律方法 用正交分解法分析物体平衡问题的一般步骤 1 确定研究对象 2 分析物体的受力情况 画出受力示意图 3 建立直角坐标系 坐标系的原点建立在力的交点上 并且使尽量多的力与坐标轴重合 4 分别沿x y轴方向列出平衡方程 即Fx 0 Fy 0 5 求解 探究归纳 共点力的平衡条件1 从运动学角度分析静态平衡状态 物体的速度v 0 物体的加速度a 0 动态平衡状态 物体的速度v 0 物体的加速度a 0 2 从动力学角度分析处于平衡状态的物体不受力或虽然受力但合力为零 物体不受力只是一种理想的情况 典例1 2012 广东高考 如图所示 两根等长的轻绳将日光灯悬挂在天花板上 两绳与竖直方向的夹角都为45 日光灯保持水平 所受重力为G 左右两绳的拉力大小分别为 思路点拨 本题通过对物体受力分析及利用物体受力平衡条件来求解 解析 选B 日光灯受重力G及两根绳子的拉力T作用而处于平衡状态 其受力如图所示 由于两个拉力的夹角成直角 则由力的平行四边形定则可知故T G B选项正确 变式训练 2012 新课标全国卷 拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具 如图 设拖把头的质量为m 拖杆质量可忽略 拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数 重力加速度为g 某同学用该拖把在水平地板上拖地时 沿拖杆方向推拖把 拖杆与竖直方向的夹角为 1 若拖把头在地板上匀速移动 求推拖把的力的大小 2 设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为 已知存在一临界角 0 若 0 则不管沿拖杆方向的推力多大 都不可能使拖把从静止开始运动 求这一临界角的正切tan 0 解析 1 设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把 将推拖把的力沿竖直和水平方向分解 根据平衡条件有 Fcos mg N Fsin f 式中N和f分别为地板对拖把的正压力和摩擦力 则 f N 联立 式得 2 使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力等于最大静摩擦力 设为fm 则依题意有 若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动 应满足 Fcos mg N Fsin fm 解 式得 F sin cos mg因为上式右边 mg总是大于零 要使得F为任意值时 上式总是成立 只要满足 sin cos 0即有tan 上式取等号即为临界状态 则 tan 0 答案 1 2 超重和失重1 用弹簧测力计测物体的重力时 突然向上加速 弹簧测力计的示数如何变化 尝试用牛顿第二定律分析 点拨 为使实验效果明显 应让弹簧测力计保持在竖直方向上运动 以减小摩擦力的影响 提示 物体向上加速时 受到重力和拉力的作用 受力分析如图 由于有向上的加速度 根据牛顿第二定律得 F G ma 所以F ma G G 弹簧测力计的示数变大 2 发生超重时物体的重力变化了吗 发生超重时物体可能怎样运动 提示 当物体具有向上的加速度时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 大于物体本身重力的现象称为超重 物体的重力并没有发生变化 发生超重时物体可能有两种运动情形 1 向上做加速运动 2 向下做减速运动 这两种情况中 加速度的方向均向上 3 在学习失重时 有的同学认为发生失重时物体的重力减小了 请思考这种说法对吗 发生失重时物体可能的运动情况怎样 提示 这种说法不对 当物体具有向下的加速度时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 小于物体本身重力的现象称为失重 物体的重力并没有减小 物体可能有两种运动情形 1 向上做减速运动 2 向下做加速运动 这两种情况中 加速度的方向均向下 知识点拨 实重 视重 1 实重 物体实际所受的重力 不会因为物体运动状态的改变而改变 2 视重 当物体在竖直方向有加速度时 物体对悬挂物的拉力 或对支持物的压力 将不等于物体的重力 此时弹簧测力计或台秤的示数叫做物体的视重 规律方法 超重 失重记忆口诀FN FT等力是视重 m g乘积是实重 超重失重看视重 其中不变是实重 加速上升是超重 减速下降也超重 失重加降减升定 完全失重视重零 探究归纳 超重和失重 加速上升或减速下降 竖直向上 F mg ma mg F m g a g g a 加速下降或减速上升 竖直向下 mg F ma mg F m g a g g a 典例2 2012 连云港高一检测 一个质量为70kg的人乘电梯下楼 快到此人要去的楼层时 电梯以3m s2的加速度匀减速下降 试求这时他对电梯地板的压力 g 10m s2 思路点拨 解答本题时应把握以下两点 1 根据加速度方向 确定人所受合力方向 2 运用牛顿第二定律列方程求解 解析 以人为研究对象 受到向下的重力mg和向上的支持力F 人向下做匀减速直线运动 加速度方向向上 根据牛顿第二定律得 F mg maF mg ma 70 10N 70 3N 910N根据牛顿第三定律 人对地板的压力大小也等于910N 方向竖直向下 答案 910N 方向竖直向下 变式训练 弹簧测力计上挂着一个质量m 1kg的物体 在下列各种情况下 弹簧测力计的示数各为多少 取g 10m s2 1 以v 5m s的速度匀速下降 2 以a 5m s2的加速度竖直加速上升 3 以a 5m s2的加速度竖直加速下降 4 以重力加速度g竖直减速上升 解析 对物体受力分析 如图所示 1 匀速下降时 由平衡条件得F mg 10N 2 取向上为正方向 由牛顿第二定律得F mg maF m g a 1 10 5 N 15N 3 取向下方向为正方向 由牛顿第二定律得mg F maF m g a 1 10 5 N 5N 4 取向下方向为正方向 由牛顿第二定律得mg F mgF 0物体处于完全失重状态 答案 1 10N 2 15N 3 5N 4 0 温馨提示 超重和失重问题的实质是牛顿运动定律的应用 正确地进行受力分析和运动分析 熟练地运用牛顿第二定律并注意加速度的方向是解决此类问题的关键 典例 美国密执安大学5名学习航空航天技术的大学生搭乘NASA的飞艇参加了 微重力学生飞行计划 飞行员将飞艇开到6000m的高空后 让其由静止下落 以模拟一种微重力的环境 下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的0 04倍 这样 可以获得持续约25s之久的失重力影响的实验 紧接着 飞艇又做匀减速运动 若飞艇离地面的高度不得低于500m 重力加速度g取10m s2 试求 1 飞艇在25s内下落的高度 2 在飞艇后来的减速过程中 大学生们对座位的压力是重力的多少倍 思路点拨 解答本题时要把握以下三点 1 要分清各个过程对应的已知量 2 要能结合超重 失重分析受力 3 要能熟练使用运动学公式 解析 1