物理47《用牛顿运动定律解决问题(二)》课件(新人教版必修1)市公开课一等奖省赛课获奖课件

第四章牛顿运动定律学案7用牛顿运动定律处理问题（二）第1页我们在电视节目中看到过一类很惊险杂技节目，或顶碗，或走钢丝，或一个男演员在肩膀上放一根撑杆，一个小女孩子在杆上做出很多优美、惊险动作，或将椅子叠放得很高，每张椅子都只有一只腿支撑，一个演员在椅子不一样高度处做各种动作……这些节目有一个共同点，就是要确保碗或演员不能摔下来，实际上，演员们演出都是很成功，为何演员或碗不会掉下来呢？因为演员们经过长久训练，很好地掌握并利用了平衡条件，那么，什么是平衡和平衡条件呢？生活中偶然会碰到这么一个有趣现象，多人同乘一台电梯，当静止时，超重报警装置并没有响，可是当电梯刚向上起动时，报警装置却响了起来，运行一段时间后，报警装置又不响了，莫非人体重会伴随电梯运行而发生改变吗？这就是我们这节课所要学习共点力平衡和超重失重问题。第2页学点1共点力平衡条件⑵共点力作用下物体平衡条件是协力为０。

⑴平衡状态：假如一个物体在力作用下，保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。

⑶平衡条件四个推论①若物体在两个力同时作用下处于平衡状态，则这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上，其协力为零，这就是初中学过二力平衡。②物体在三个共点力作用下处于平衡状态，任意两个力协力与第三个力等大、反向。③物体在n个非平行力同时作用下处于平衡状态时，n个力必定共面共点，协力为零，称为n个共点力平衡，其中任意(n-1)个力协力必定与第n个力等大、反向，作用在同一直线上。④当物体处于平衡状态时，沿任意方向物体协力均为零。第3页

（4）利用平衡条件处理实际问题方法

①力合成、分解法：对于三力平衡，依据任意两个力协力与第三个力等大反向关系，借助三角函数、相同三角形等伎俩来求解；或将某一力分解到另外两个力反方向上，得到这两个分力势必与另外两个力等大、反向；对于多个力平衡，利用先分解再合成正交分解法。

②矢量三角形法：物体受同一平面内三个互不平行力作用平衡时，这三个力矢量箭头首尾相接，组成一个矢量三角形；反之，若三个力矢量箭头首尾相接恰好组成三角形，则这三个力协力必为零，利用三角形法，依据正弦定理或相同三角形数学知识可求得未知力。

③相同三角形法：相同三角形法，通常寻找一个矢量三角形与几何三角形相同，这一方法仅能处理三力平衡问题。

④三力汇交原理：假如一个物体受到三个不平行力作用而平衡，这三个力作用线必在同一平面上，而且必为共点力。

⑤正交分解法：将各力分别分解到x轴上和y轴上，利用两坐标轴上协力等于零条件，Fx=0，Ｆy＝０，多用于三个以上共点力作用下物体平衡。但选择x、y方向时，尽可能使落在x、y轴上力多；被分解力尽可能是已知力，不宜分解待求力。提醒：将各种方法有机利用会使问题更易于处理，各种方法穿插、灵活使用，有利于能力提升。第4页【例1】一物体置于粗糙斜面上，给该物体施加一个平行于斜面力，当此力为100N且沿斜面向上时，物体恰能沿斜面向上匀速运动；当此力为20N且沿斜面向下时，物体恰能在斜面上向下匀速运动，求施加此力前，物体在斜面上受到摩擦力为多大？【答案】40N【解析】物体沿斜面向上运动时受力分析如图４-7-1所表示。由共点力平衡条件，x轴：F1-mgsinα-f1=0，

y轴：mgcosα-FN1=0又f1=μFN1物体沿斜面向下运动时受力分析如图４-7-2所表示。由共点力平衡条件得x轴：f2-F2-mgsinα=0，y轴：mgcosα-FN2=0又f2=μFN2，f1=f2=f以上各式联立得：f1=f2=f=（F1+F2)/2代入数据得：f=(100+20)/2N=60N当不施加此力时,物体受重力沿斜面向下分力

mgsinα=40N<f=60N物体静止在斜面上，受到摩擦力为40N。图４-7-1图４-7-2第5页（5）动态平衡问题分析方法在相关物体平衡问题中，存在着大量动态问题，所谓动态平衡问题，就是经过控制某一物理量，使物体状态发生迟缓改变平衡问题，即任一时刻处于平衡状态。

①解析法：对研究对象任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变参量与自变参量普通函数式，然后依据自变量改变确定应变参量改变。

②图解法：对研究对象进行受力分析，再依据平行四边形定则或三角形定则画出不一样状态下力矢量图（画在同一个图中），然后依据有向线段（表示力）长度改变判断各个力改变情况。第6页【例2】如图４-7-4所表示，一定质量物块用两根轻绳悬在空中，其中绳ＯＡ固定不动，绳ＯＢ在竖直平面内由水平方向向上转动，则在绳ＯＢ由水平转至竖直过程中，绳ＯＢ张力大小将()A.一直变大B.一直变小C.先变大后变小D.先变小后变大D图４-7-4【解析】在绳ＯＢ转动过程中物块一直处于静止状态，所受协力一直为零。如图4-7-5为绳ＯＢ转动过程中结点受力示意图，从图中可知，绳ＯＢ张力先变小后变大。图４-7-5第7页图4-7-6TA一直减小，ＴＢ先变小后增大。如图４-7-6所表示，半圆形支架ＢＡＤ，两细绳ＯＡ和ＯＢ结于圆心Ｏ，下悬重为Ｇ物体，使ＯＡ绳固定不动，将ＯＢ绳Ｂ端沿半圆支架从水平位置逐步移至竖直位置Ｃ过程中，分析ＯＡ和ＯＢ绳所受力大小怎样改变？第8页学点2超重和失重

（１）实重：物体实际所受重力。物体所受重力不会因物体运动状态改变而改变。

（２）视重：当物体在竖直方向有加速度时（即ay≠0），物体对弹簧测力计拉力或对台秤压力将不等于物体重力，此时弹簧测力计或台秤示数叫物体视重。说明：正因为当物体竖直方向有加速度时视重不再等于实重，所以我们在用弹簧测力计测物体重力时，强调应在静止或匀速运动状态下进行。

（3）对超重现象了解

①特点：含有竖直向上加速度

②运动形式:物体向上加速运动或向下减速运动。说明：当物体处于超重状态时，只是拉力（或对支持物压力）增大了，是视重改变，物体重力一直未变。第9页【例3】如图４-7-7所表示，升降机以0.5m/s2加速度匀加速上升,站在升降机里人质量是５０kg，人对升降机地板压力是多大？假如人站在升降机里测力计上，测力计示数是多大？【答案】515N

【解析】人在Ｇ和FＮ协力作用下，以0.5m/s2加速度竖直向上运动，取竖直向上为正方向，依据牛顿第二定律得FＮ－Ｇ＝ma由此可得FＮ＝Ｇ＋ma＝m（g+a）代入数值得FＮ＝５１５Ｎ依据牛顿第三定律，人对地板压力大小也是５１５Ｎ，方向与地板对人支持力方向相反，即竖直向下。测力计示数表示是测力计受到压力，所以测力计示数就是５１５Ｎ。图４-7-7【评析】人和升降机以共同加速度上升，因而人加速度是已知，题中又给出了人质量，为了能够应用牛顿第二定律，应该把人作为研究对象。第10页质量是50kg人站在升降机中体重计上，当升降机做以下两种运动时，体重计读数是多少？（取g=10m／s2）(1)升降机匀速上升；(2)升降机以4m／s2加速度匀减速下降。【答案】（１）５００Ｎ（２）７００Ｎ第11页

（4）对失重现象了解

①特点：含有竖直向下加速度；

②运动形式：物体向下加速运动或向上减速运动；

③完全失重：在失重现象中，物体对支持物压力（或对悬挂物拉力）等于零状态称为完全失重状态。此时视重等于零，物体运动加速度方向向下，大小为g。说明：当物体处于失重状态时，只是拉力（或对支持物压力）减小了，是视重改变，物体重力一直未变。第12页【例4】某人在地面上最多能举起60kg物体，而在一个加速下降电梯里最多能举起８０kg物体。求：（１）此电梯加速度多大？（２）若电梯以此加速度上升，则此人在电梯里最多能举起物体质量是多少？（取g=10m/s2）【答案】（１）2.5m/s2(2)48kg【解析】（１）不论在地面上，还是在变速运动电梯里，人最大举力是一定，这是该题隐含条件。设人最大举力为Ｆ，由题意可得Ｆ=m1g=60kg×１０m/s2＝６００Ｎ。选被举物体为研究对象，它受到重力m2g和举力Ｆ作用，在电梯以加速度a下降时，依据牛顿第二定律有m2g－Ｆ＝m2a。解得电梯加速度为a=g－Ｆ/m2＝１０m／s2-６００/８０m/s2＝2.5m/s2。（２）当电梯以加速度a上升时，设人在电梯中能举起物体最大质量为m3，依据牛顿第二定律有Ｆ－m3g=m3a。解得m3=F/(g+a)=600/(10+2.5)kg=48kg。【评析】这类题还是依据牛顿第二定律求解，结果应是在加速度向下电梯里（失重状态）人举起重物质量要比在地面上举起重物质量大；加速度向上时（超重状态时）则小。第13页图4-7-8400N一个质量是50kg人站在升降机地板上，升降机顶部悬挂了一个弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量为mA=5kg物体Ａ，当升降机向上运动时，他看到弹簧测力计示数为40N,如图４-7-8所表示，g取10m/s2，求此时人对地板压力大小。第14页学点3从动力学看自由落体运动

（1）对自由落体运动了解①自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落运动，即物体初速度为零。②因为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，物体下落加速度也是恒定加速度，从这个角度看，自由落体运动是匀变速直线运动。③从牛顿第二定律F=ma可知，物体所受重力产生下落加速度，mg=ma，所以a=g。

（2）对竖直上抛运动了解竖直上抛运动处理方法普通有两种：①全程法将竖直上抛运动视为竖直向上加速度为g匀减速直线运动。②分阶段法将全程分为两个阶段，即上升过程匀减速阶段和下落过程自由落体阶段。竖直上抛运动对称性如图４-7-9所表示，物体以初速度v0竖直上抛，A、B为途中任意两点，C为最高点，则①时间对称性物体上升过程中从A→C所用时间tAC和下降过程中从C→A所用时间tCA相等，同理tAB=tBA。②速度对称性物体上升过程经过A点速度与下降过程经过A点速度大小相等。图４-7-9第15页【例5】一气球以10m/s2加速度由静止从地面上升，10s末从它上面掉出一重物，它从气球上掉出后经多少时间落到地面？（不计空气阻力，取g＝10m/s２）。图4-7-10