2019_20学年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.pptx

7 用牛顿运动定律解决问题(二),第四章 牛顿运动定律,学科素养与目标要求,1.理解平衡状态及共点力作用下物体的平衡条件. 2.理解超重、失重和完全失重现象.,物理观念：,1.能利用整体法和隔离法分析共点力作用下的平衡问题. 2.会利用牛顿运动定律分析超重和失重现象. 3.能从动力学角度理解自由落体运动和竖直上抛运动.,科学思维：,自主预习,01,1.平衡状态：_或_状态. 2.平衡条件：(1)F合_ (或加速度a_),静止,共点力的平衡,一,(2),Fx合_ Fy合_,匀速直线运动,0,0,0,0,1.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)产生条件：物体具有_ (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度. 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)产生条件：物体具有_ (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度. (3)完全失重 定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_ 的状态. 产生条件：ag，方向_.,超重和失重,二,大于,竖直向上,小于,竖直向下,等于零,竖直向下,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mgma，所以a_. (2)运动性质：v0_、a_的匀加速直线运动. 2.竖直上抛运动 (1)受力情况：只受_作用，加速度为_. (2)运动性质：初速度v00、加速度a_的匀变速直线运动. (3)基本公式 速度公式：v_. 位移与时间的关系：xv0t gt2. 速度与位移的关系：v2v02_.,从动力学角度分析自由落体运动和竖直上抛运动,三,静止,重力,0,g,0,重力,g,g,g,v0gt,2gx,1.判断下列说法的正误. (1)某时刻物体的速度为零时，物体一定处于平衡状态.( ) (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.( ),即学即用,2.物体受到n个力作用处于静止状态，若其中一个力F110 N，方向向右，则其余(n1)个力的合力F_ N，方向向_.,10,左,重点探究,02,超重和失重,一,如图1所示，某人乘坐电梯正在向上运动.,导学探究,图1,(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.,(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.,1.视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时，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状态时，物体的重力并未变化，只是视重变了.,知识深化,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，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1 (多选)如图2所示，电梯的顶部竖直悬挂一个弹簧测力计，弹簧测力计下端挂了,图2,一个重物，电梯匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为6 N，关于电梯的运动，以下说法正确的是(g取10 m/s2) A.电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2 B.电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2 C.电梯可能向上减速运动，加速度大小为4 m/s2 D.电梯可能向下减速运动，加速度大小为4 m/s2,解析 电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，可知重物的重力等于10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为6 N，对重物，根据牛顿第二定律有mgFma，解得a4 m/s2，方向竖直向下，则电梯的加速度大小为4 m/s2，方向竖直向下，因此电梯可能向下做加速运动，也可能向上做减速运动，选项B、C正确.,员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是 A.火箭加速上升时，宇航员处于超重状态 B.飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态 C.火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力 D.火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时，宇航员处于失重状态,针对训练1 2016年10月17日，“神舟十一号”载人飞船发射成功，如图3所示.宇航,图3,解析 火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，C错误； 飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，选项B错误； 火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，选项D错误.,例2 如图4所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下列说法正确的是 A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力,解析 A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还是下降过程，A对B均无压力，只有A选项正确.,图4,总结提升,判断超重、失重状态的方法 1.从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态. 2.从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度(包括斜向上)时处于超重状态，具有向下的加速度(包括斜向下)时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态.,共点力平衡的进一步理解,二,1.对平衡条件的理解,(2)对应两种状态： 静止状态：a0，v0； 匀速直线运动状态：a0，v0. (3)说明：物体某时刻速度为零，但F合0，则不是平衡状态，如竖直上抛的物体到达最高点时，只是速度为零，不是平衡状态. 处于平衡状态的物体，沿任意方向的合力都为零.,2.单个物体平衡问题的分析方法合成法、正交分解法 (1)合成法 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，可以据此先求任意两个力的合力. (2)正交分解法 先把物体所受的各个力逐一地分解在两个相互垂直的坐标轴上，再分别对每个坐标轴上的分力逐一进行代数运算. FxF1xF2xF3xFnx0， FyF1yF2yF3yFny0.,3.物体系统平衡问题的分析方法整体法、隔离法 当物体系统处于平衡状态时，组成系统的每个物体都处于平衡状态，选取研究对象时注意整体法与隔离法的结合. 一般地，当求系统内部物体间的相互作用时，用隔离法，求系统受到的外力时，用整体法.具体应用中，应将这两种方法结合起来灵活运用.,例3 (多选)如图5，一光滑的轻滑轮用细绳OO悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b.外力F向右上方拉b，整个系统处于静止状态.若F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b始终保持静止，则 A.绳OO的张力也在一定范围内变化 B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化 C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化 D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化,图5,解析 对物块a，由二力平衡可知，绳的拉力等于物块a的重力，大小不变，轻滑轮两侧绳子拉力方向一定，由三力平衡可得绳OO的张力一定，选项A、C错误； 设F与水平方向的夹角为，连接物块b的绳子拉力FT与水平方向夹角为，对物块b，由平衡条件有FTsin Fsin FNmg，FTcos Fcos Ff0(Ff方向不确定)，可知物块b所受到的支持力、物块与桌面间的摩擦力都随F在一定范围内变化，选项B、D正确.,总结提升,解共点力平衡问题的一般步骤 1.选取研究对象，对于有相互作用的两个或两个以上的物体构成的系统，应明确所选研究对象是系统整体还是系统中的某一个物体(整体法或隔离法). 2.对所选研究对象进行受力分析，并画出受力分析图. 3.对研究对象所受的力进行处理.对三力平衡问题，一般用合成法，对多力的平衡问题，一般用正交分解法. 4.建立平衡方程.,针对训练2 如图6所示，在粗糙水平地面上放着一个表面为四分之一圆弧的柱状物体A，A的左端紧靠竖直墙，A与竖直墙之间放一光滑圆球B，整个装置处于静止状态.则把A向右缓慢移动少许的过程中，下列说法正确的是 A.球B对墙的压力增大 B.球B对柱状物体A的压力增大 C.地面对柱状物体A的摩擦力不变 D.地面对柱状物体A的支持力不变,图6,解析 球B受重力、A的支持力F1和墙壁的支持力F2，如图甲所示，设F1与竖直方向的夹角为，将重力G分解为G1和G2，则根据平衡条件可知，F1G1 ，F2G2Gtan .当A向右缓慢移动时，根据几何关系可知，A对球B的支持力F1与竖直方向的夹角减小，所以cos 增大，tan 减小，即墙壁对球B的支持力F2减小，A对球B的支持力F1减小，根据牛顿第三定律可知，球B对墙壁的压力减小，球B对A的压力也减小，选项A、B错误. 对A、B整体进行受力分析，如图乙所示，由平衡条件可知A受地面的摩擦力大小FfF2，则Ff减小，地面对A的支持力等于A、B的重力之和，大小不变，选项C错误，D正确.,平衡中的临界问题,三,1.问题界定：物体所处平衡状态将要发生变化的状态为临界状态，涉及临界状态的问题为临界问题. 2.问题特点 (1)当某物理量发生变化时，会引起其他物理量的变化. (2)注意某现象“恰好出现”或“恰好不出现”的条件. 3.分析方法：基本方法是假设推理法，即先假设某种情况成立，然后根据平衡条件及有关知识进行论证、求解.,例4 倾角为的斜面固定在水平面上，斜面上有一重力为G的物体A，物体A与斜面间的动摩擦因数为，且tan .现给A施加一水平推力F，如图7所示，设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，求水平推力F为多大时，物体A在斜面上静止.,图7,解析 由于静摩擦力的大小可在0Ffmax间变化，且方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下，所以所求的推力应是一个范围.因为tan ，说明无推力时物体将加速下滑，故推力的最大值和最小值对应的状态是恰不上滑和恰不下滑.以A为研究对象，设推力的最小值为Fmin，此时最大静摩擦力Ffmax沿斜面向上，受力分析如图甲所示.将各力正交分解，则 沿斜面方向，有Fmincos FfmaxGsin 0 垂直于斜面方向，有FNGcos Fminsin 0 又FfmaxFN,设推力的最大值为Fmax，此时最大静摩擦力Ffmax沿斜面向下，受力分析如图乙所示. 沿斜面方向，有Fmaxcos Gsin Ffmax0 垂直于斜面方向，有FNGcos Fmaxsin 0 又FfmaxFN,所以物体能在斜面上静止的条件为,达标检测,03,1,2,3,1.(超重和失重)(2019天水一中高一第一学期期末)在本届学校秋季运动会上，小明同学以背越式成功地跳过了1.70米的高度，如图8所示.若忽略空气阻力，g取10 m/s2.则下列说法正确的是 A.小明下降过程中处于失重状态 B.小明起跳后在上升过程中处于超重状态 C.小明起跳时地面对他的支持力等于他的重力 D.小明起跳以后在下降过程中重力消失了,图8,4,5,1,2,2.(超重与失重)如图9甲所示是某人站在力传感器上做下蹲起跳动作的部分示意图.如图乙所示是根据传感器画出的力时间图象，其中力的单位是N，时间的单位是s.两图中的点均对应，取重力加速度g10 m/s2.请根据这两个图所给出的信息，判断下列选项正确的是,3,图9,A.此人的质量约为60 kg B.此人从站立到蹲下的过程对应图中1 到6的过程 C.此人在状态2时处于超重状态 D.此人向上的最大加速度大约为1.9g,4,5,1,2,解析 根据题图乙中图线的1点，由平衡条件得此人的质量约为70 kg，故选项A错误； 同理根据图线可判断，此人从站立到蹲下的过程中先失重后超重，对应题图乙中1到4的过程，故选项B错误； 由题图乙知，人在状态2时传感器对人的支持力小于人自身的重力，处于失重状态，选项C错误； 根据图线和牛顿第二定律，可得此人向上的最大加速度为a 1.9g，所以选项D正确.,3,4,5,3.(超重与失重的有关计算)质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图10所示.重力加速度g取10 m/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；,1,2,图10,3,答案 600 N,解析 匀速上升时，由平衡条件得： FN1mg600 N，由牛顿第三定律得：人对体重计压力大小为600 N，即体重计示数为600 N.,4,5,(2)以4 m/s2的加速度加速上升；,1,2,3,答案 840 N,解析 加速上升时，由牛顿第二定律得： FN2mgma1，FN2mgma1840 N 由牛顿第三定律得：人对体重计压力大小为840 N，即体重计示数为840 N.,4,5,(3)以5 m/s2的加速度加速下降.,1,2,3,答案 300 N,解析 加速下降时，由牛顿第二定律得： mgFN3ma3，FN3mgma33