物理：47《用牛顿运动定律解决问题(二)》课件(新人教版必修1).ppt

第四章牛顿运动定律，研究案例7用牛顿运动定律解决问题(2)。我们在电视节目中看到了一种非常惊险的杂技节目，比如摆碗，走钢丝，或者一个演员在肩膀上戴一个支架，一个小女孩在杆子上做许多漂亮而惊险的动作，或者把椅子折叠得很高，每把椅子只有一条腿支撑，一个演员在椅子的不同高度做各种动作.这些节目有一个共同之处，那就是确保碗或演员不会倒下，事实上，演员的表演都是如此。因为演员已经接受了长期的训练，并且已经掌握和利用了平衡的条件，什么是平衡和平衡的条件？许多人共用同一部电梯，这是我们生活中一个有趣的现象。当电梯静止时，超重报警装置不响。然而，当电梯刚刚启动时，警报装置响起。运行一段时间后，报警装置不会再次响起。人的重量会随着电梯的运行而变化吗？这就是我们将要学习的关于同步力的平衡和失重。学习点1合力的平衡条件和2合力的平衡条件是合力为0。(1)平衡状态：如果一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动的状态，我们说这个物体处于平衡状态。(3)平衡条件的四个推论(1)如果一个物体在两个力的同时作用下处于平衡状态，这两个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，它们的合力为零，这就是开始学的两力平衡。(2)物体在三种并发力的作用下处于平衡状态。任何两个力的合力等于或等于第三个力。(3)当一个物体在N个非平行力的同时作用下处于平衡状态时，N个力必须是共面的，合力为零，称为N个平行力的平衡。任何(n-1)力的合力必须等于或等于N力，并且作用在同一条直线上。当物体处于平衡状态时，物体在任何方向上的合力为零。(4)利用平衡条件解决实际问题的方法力的合成和分解方法：对于三种力的平衡，根据任意两种力的合力与第三种力的大小相等和相反的关系，用三角函数、相似三角形等方法求解。或者将某个力分解成另外两个力的相反方向，得到的两个分量必然与另外两个力相等且相反；为了平衡多种力，采用先分解后合成的正交分解方法。(2)矢量三角形法：当物体在同一平面上被三个不平行的力平衡时，三个力的矢量箭头首尾相连，形成矢量三角形；相反，如果三个力的矢量箭头首尾相连形成一个三角形，则三个力的合力必须为零。利用三角形法，可以根据正弦定理或类似的三角形数学知识得到未知力。(3)相似三角形法：相似三角形法，通常寻找类似几何三角形的矢量三角形，这种方法只能处理三力平衡问题。(4)三个力的会聚原则：如果一个物体被三个不平行的力平衡，三个力的作用线必须在同一平面上，并且必须是同时存在的力。(5)正交分解法：每个力分别在X轴和Y轴上分解，两个坐标轴上的合力等于零，FX=0，FY=0的条件，主要用于物体在三个以上并发力作用下的平衡。然而，当选择X和Y方向时，尽可能多的力落在X和Y轴上；分解的力可以是已知的力，分解要寻找的力是不合适的。提醒：各种方法的有机应用会使问题更容易解决，各种方法穿插使用，灵活运用，有助于提高能力。(示例1)将物体放置在粗糙的倾斜平面上，并且将平行于倾斜平面的力施加到物体上。当力为100牛顿并沿斜面向上移动时，物体只能沿斜面匀速向上移动。当这个力为20N并沿着斜面向下移动时，物体可以在斜面上匀速向下移动。在施加这个力之前，物体在斜面上受到多大的摩擦力？答案 40N，(5)动平衡问题的分析方法在物体平衡问题中有大量的动力学问题。所谓动态平衡问题是指通过控制某一物理量使物体的状态缓慢变化的平衡问题，即物体在任何时刻都处于平衡状态。(1)分析方法：对研究对象的任何状态进行受力分析，建立平衡方程，得到应变参数和自变量参数的一般函数表达式，然后根据自变量的变化确定应变参数的变化。(2)图解法：分析研究对象上的力，根据平行四边形法则或三角形法则绘制不同状态下的力的矢量图(画在同一图中)，然后根据方向线段(代表力)的长度变化判断各力的变化。【例2】如图4-7-4所示，一定质量的物体用两根轻型绳索悬挂在空中，绳索OA固定在其中，绳索OB在垂直面内从水平方向向上旋转。在绳索OB从水平到垂直的过程中，绳索OB的张力将是(a)持续增加b)持续减少c)先增加然后减少d .先减少然后增加d .图4-7-4，图4-7-6，TA持续减少，TB先减少然后增加。如图4-7-6所示，半圆支架BAD、两个弦线OA和OB系在圆O的中心，一个重量为G的物体悬挂在支架下方，以固定OA绳。在沿半圆形支架将外索的B端从水平位置逐渐移动到垂直位置C的过程中，分析作用在外索和外索上的力是如何变化的。学习要点2超重和失重，(1)实际重量：物体的实际重量。物体的重力不会因其运动状态的改变而改变。(2)表观重量：当物体在垂直方向上有加速度时(即ay0)，物体在弹簧测力计上的拉力或平台秤上的压力将不等于物体的重力。此时，弹簧测力计或平台秤的指示被称为物体的表观重量。注意：正是因为当物体在垂直方向有加速度时，表观重量不再等于实际重量，所以当我们使用弹簧测力计测量物体的重力时，我们强调它应该在静态或匀速运动状态下进行。(3)对超重的理解(1)特征：垂直向上加速(2)运动形式：物体向上加速或向下减速。注意：当物体超重时，只有拉力(或支撑上的压力)增加，这是视觉重量的变化，物体的重力保持不变。如图4-7-7所示，电梯以0.5m/s2的加速度上升。站在电梯里的人的重量是50公斤。电梯楼层上的人的压力是多少？如果一个人站在电梯的测力计上，测力计的数量是多少？根据牛顿第二定律，fn-g=ma可以通过将fn=g ma=m (g a)代入数值fn=515N来获得。根据牛顿第三定律，地板上的压力大小也是515N，这与地板对人的支撑力的方向相反，即垂直向下。测力计的指示器指示测力计受到的压力，所以测力计的指示器是515牛顿。为了应用牛顿第二定律，应该以人作为研究对象。当一个体重50公斤的人站在电梯里的重量计上，当电梯做以下两种练习时，重量计的读数是多少？(取g=10m/s2) (1)电梯匀速上升；(2)电梯以4m/s2的加速度匀速减速和下降。(1) 500 n (2) 700 n，(4)理解失重(1)特征：垂直向下加速度；(2)运动形式：物体向下加速或向上减速；(3)完全失重：在失重状态下，物体在支撑物上的压力(或悬挂物上的拉力)等于零的状态称为完全失重状态。此时，表观重量等于零，物体运动的加速度方向向下，幅度为g。说明：当物体失重时，只有拉力(或支撑物上的压力)减小，这是表观重量的变化，物体的重力保持不变。示例4在加速电梯中，一个人可以提升多达60千克的地面物体，同时提升多达80千克的物体。问：(1)这部电梯的加速度是多少？(2)如果电梯以这个加速度上升，这个人在电梯中能举起的最大质量是多少？(取g=10m/s2)，答案 (1) 2.5m/S2 (2) 48kg，分析 (1)无论是在地面上还是在变速电梯中，一个人的最大作用力是确定的，这是问题的隐含条件。如果一个人的最大力量是f，f=m1g=60kg千克10m/S2=600牛顿可以从这个问题中得到。选择待提升的物体作为研究对象。它受重力m2g和升力F的影响。当电梯以加速度A下降时，根据牛顿第二定律，存在M2g-F=M2a。发现电梯的加速度为a=g-f/m2=10m/S2-600/80m/S2=2.5m/S2。(2)当电梯以加速度a上升时，人在电梯中能举起的最大质量为m3，根据牛顿第二定律，f-m3g=m3a。M3=600/(102.5)千克=48千克。这种问题仍然根据牛顿第二定律解决。结果应该是，在向下加速(失重)的电梯中，人举起的重量大于在地面上举起的重量。向上(超重时)加速度很小。图4-7 4-7-8，400N .一个体重50公斤的人站在电梯的地板上。一个弹簧测力计挂在电梯的顶部。质量为5千克的物体A悬挂在弹簧测力计下方。当电梯向上移动时，他看到弹簧测力计的数量是40N。如图4-7-8所示，G取10m/s2，计算此时地板上人的压力。学习要点3从动力学的角度来看，一个气球以10米/秒的加速度从静止上升到地面。在10秒结束时，一个重物从上面落下。从气球上掉下来后需要多长时间才能落地？(g=10m米/S2，不考虑空气阻力)。图4-7-10，在平行力的作用下，应用平衡条件解决问题的一般思路和步骤是什么？在平行力的作用下，物体平衡条件的应用所涉及的问题都是“力”。对物体进行受力分析，对力进行处理，然后结合平衡