高一物理人教版必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题（二）教案

4/44/44/4用牛顿运动定律解决问题〔二〕重/难点重点：共点力作用下物体的平衡；超重和失重。难点：超重和失重。重/难点分析重点分析：平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动的状态。物体对支持物的压力〔或对悬挂物的拉力〕大于物体所受重力的现象,称为超重现象。物体对支持物的压力〔或对悬挂物的拉力〕小于物体所受重力的现象,称为失重现象。难点分析：物体处于“超重〞或“失重〞状态,并不是说物体的重力增大了或减小了(甚至消失了),地球作用于物体的重力始终是存在的且大小也无变化。即使是完全失重现象,物体的重力也没有丝毫变大或变小。当然,物体所受重力会随高度的增加而减小,但与物体超、失重并没有联系。超(失)重现象是指物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于(小于)重力的现象。“超重〞“失重〞现象与物体运动的速度方向和大小均无关,只决定于物体的加速度方向。突破策略一、共点力的平衡条件桌上的书、屋顶的灯,虽然都受到力的作用,但都保持静止。火车车厢受到重力、支持力、牵引力、阻力作用,但仍可能做匀速直线运动。如果一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线状态,我们就说这个物体处于平衡状态。共点力作用下物体的平衡条件是合力为0。假设一个物体受三个力而处于平衡状态,那么其中一个力与另外两个力的合力间满足怎样的关系？三个力平衡,合外力为零,那么其中一个力与另外两个力的合力必定大小相等、方向相反。推广到多个力的平衡,假设物体受多个力的作用而处于平衡状态,那么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。例1.课件展例如题、三角形悬挂结构及其理想化模型。悬挂路灯的一种三角形结构学生交流讨论,并写出标准解题过程。课件展示学生解题过程。解析：合力为0,那么这三个力在x方向的分矢量之和及y方向的分矢量之和也都为0,即解①②组成的方程=。应用拓展：根据解题结果,在此类路灯等的安装过程中应该注意哪些问题？讨论交流：由公式看出当θ很小时,sinθ和tanθ都接近0,就会很大。对材料强度要求很高,所以钢索的固定点A不能距B太近。但A点过高那么材料消耗过多。所以要结合具体情况适中选择θ角。假设利用推论“三个力平衡,那么某一个力与其余两个力的合力大小相等、方向相反〞解题,那么该题如何解决？解析：由平衡条件的合力与等大反向,即由力的矢量三角形的边角关系总结：物体受到三个共点力而处于平衡状态,利用推论：任两个力的合力与第三个力等大反向,结合力的合成的平行四边形定那么可使解题更加简洁明了。受三个以上共点力平衡时多用正交分解法和力的独立作用原理解题。二、超重和失重例2.如图,人的质量为m,当电梯以加速度a加速上升时,人对地板的压力F′是多大？电梯启动、制动时,体重计的读数怎样变化？分析：人受到两个力：重力G和电梯地板的支持力F。地板对人的支持力F与人对地板的压力F′是一对作用力反作用力。根据牛顿第三定律,只要求出F就可知道F′。电梯静止时,地板对人的支持力F与人所受的重力G相等,都等于mg。当电梯加速运动时,这两个力还相等吗？根据牛顿定律列出方程,找出几个力之间及它们与加速度之间的关系,这个问题就解决了。解析：取向上的方向为正方向,根据牛顿第二定律写出关于支持力F、重力G、质量m、加速度a的方程。F-G=maF=G+maF=m(g+a)人对地板的压力F′与地板对人的支持力F的大小相等,即F′=m(g+a)。讨论：当电梯加速上升〔或减速下降〕时,a>0,m(g+a)>mg,人对地板的压力比人受到的重力大。超重现象：物体对支持物的压力〔或对悬挂物的拉力〕大于物体所受重力的现象,称为超重现象。超重现象产生的条件：物体具有竖直向上的加速度,即做加速上升或减速下降运动。当电梯加速下降〔或减速上升〕时,加速度向下,a<0,m(g+a)<mg。人对电梯地板的压力比重力小。失重现象：物体对支持物的压力〔或对悬挂物的拉力〕小于物体所受重力的现象,称为失重现象。失重现象产生的条件：物体具有竖直向下的加速度,即做加速下降或减速上升运动。如果物体以大小等于g的加速度竖直下落,那么m(g+a)=0,物体对支持物、悬挂物完全没有作用力,好似完全没有重力作用,这种状态是完全失重状态。特别提示：〔1〕当系统中的一局部物体具有向上〔或向下〕的加速度时,它对支持物的压力〔或对悬挂物的拉力〕也会大于〔或小于〕系统的重力,这种现象称为局部超〔或失〕重现象。〔2〕物体在超重和失重过程中所受到的重力并没有变化,变化的只是重力产生的作用效果。物体具有向上的加速度时,它的重力产生的效果加强,这就是超重；当物体具有向下的加速度时,它的重力的作用效果减弱,这就是失重；当物体具有向下的大小为g的加速度时,重力产生的效果完全消失,这就是完全失重现象。三、从动力学看自由落体运动根据牛顿第二定律,物体运动的加速度与它受的力成正比,加速度的方向与力的方向相同。下落过程中重力的大小、方向都不变,所以加速度的大小、方向也是恒定的。突破反思应用牛顿运动定律结合运动学的知识解决实际生产、生活中的一些实例。需要深刻理解牛顿运动定律的物理意义,掌握把实例抽象成物理模型的物理学思维方法,灵活