高中物理 4.7 用牛顿运动定律解决问题（二）课件 新人教版必修1.ppt

7用牛顿运动定律解决问题 二 1 飞船中的物体怎么会飘起来 2 地面上会不会出现这种现象 1 知道什么是物体处于平衡状态 知道在共点力作用下物体的平衡条件 即合力为0 重点 2 知道物理学中超重和失重现象的含义 能通过牛顿运动定律对它们进行定量的分析 并能分析和说明一些简单的相关问题 3 能解答以自由落体运动为基础的竖直方向上的运动学问题 竖直上抛 竖直下抛等 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 2 共点力作用下物体的平衡条件是合力为 3 平衡条件的四个推论 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 其合力为零 这就是初中学过的二力平衡 2 物体在三个共点力作用下处于平衡状态 任意两个力的合力与第三个力等大 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 合力为零 称为n个共点力的平衡 其中任意 n 1 个力的合力必定与第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 沿任意方向物体的合力均为零 4 研究物体平衡的基本思路和基本方法 1 合成法很多情况下物体受到三个力的作用而平衡 其中任意两个力的合力必定跟第三个力等大反向 f 2 分解法物体受三个共点力平衡时 也可以把其中一个力进行分解 一般采用正交分解法 这种方法称为分解法 当物体受三个以上共点力平衡时 一般采用分解法 典例1 城市中的路灯 无轨电车的供电线路等 经常用三角形的结构悬挂 图为这类结构的一种简化模型 图中硬杆ob可绕通过b点且垂直于纸面的轴转动 钢索和硬杆的重量都可忽略 如果悬挂物的重量为g 角aob等于 钢索oa对o点的拉力和硬杆ob对o点的支持力各是多大 解析 1 轻质细绳中的受力特点 两端受力大小相等 内部张力处处相等 2 硬杆仅两端受力时 杆处于平衡状态 的特点 这两个力必然沿硬杆的方向且大小相等 3 节点o也是一理想化模型 视重 物体对悬挂物的拉力或者对支持物的压力 实重 物体实际的重力 把物体挂在弹簧测力计下 用手带动弹簧秤和物体一起 1 静止2 向上加速运动3 向下加速运动观察弹簧测力计的示数如何变化 拉力大于重力 视重大于实重 拉力小于重力 视重小于实重 根据二力平衡拉力等于重力 观察与思考 二 超重现象以一个站在升降机里的体重计上的人为例分析 设人的质量为m 升降机以加速度a加速上升 分析 对人和升降机受力分析如图f合 n gf合 n g ma故 n g ma人受到的支持力n大于人受到的重力g再由牛顿第三定律得 压力n 大于重力g n 总结 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情况称为超重现象 视重 实重 三 失重现象以站在升降机里的体重计上的人为例分析 设人的质量为50kg 升降机以2m s2的加速度加速下降 g 10m s2 分析 对人和升降机受力分析如图f合 g n由牛顿第二定律得f合 g n ma故 n mg ma 400n 500n人受到的支持力n小于人受到的重力g再由牛顿第三定律得 压力n 小于重力g n 总结 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 视重 实重 什么情况下物体发生超重现象 什么情况下物体发生失重现象 向上 向上 向下 向下 向上 向下 向下 向上 超重 失重 超重 失重 结论 当加速度方向向上时 物体发生超重现象 当加速度方向向下时 物体发生失重现象 物体的重力与运动状态无关 不论物体处于超重状态还是失重状态 重力不变 g mg 强调 当物体处于失重状态 且a g时会发生什么现象 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 等于零的情况称为完全失重现象 fn m g a 0 如 自由落体运动和竖直上抛运动 此时重力为零吗 人造地球卫星 宇宙飞船 航天飞机等航天器进入轨道后 其中的人和物都处于完全失重状态 典例2 原来做匀速运动的升降机内 有一被拉长弹簧拉住的具有一定质量的物体a静止在底板上 如图 现发现a突然被弹簧拉向右方 由此可以判断 此升降机的运动可能是 a 加速上升b 减速上升c 加速下降d 减速下降 解析 选bc 匀速运动时物体所受静摩擦力等于弹簧拉力 若物体突然被拉向右方 则所受摩擦力变小 压力变小 故物体加速度向下 所以升降机可能向上减速或向下加速 f n f kx 典例3 处于完全失重状态下 下列物品不能正常使用的是 a 天平b 刻度尺c 温度计d 弹簧测力计e 圆珠笔f 水银气压计 弹簧测力计无法测量物体的重力 但仍能测量拉力或压力的大小 处于完全失重状态下 所有和重力有关的仪器都无法使用 四 从动力学看自由落体运动1 对自由落体运动的理解 1 自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动 即物体的初速度为零 2 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的加速度 mg ma 所以a g 2 对竖直上抛运动的理解竖直上抛运动的处理方法一般有两种 1 全程法将竖直上抛运动视为竖直向上的加速度为g的匀减速直线运动 2 分阶段法将全程分为两个阶段 即上升过程的匀减速阶段和下落过程的自由落体阶段 竖直上抛运动的对称性 如图所示 物体以初速度v0竖直上抛 a b为途中的任意两点 c为最高点 则 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 速度对称性物体上升过程经过a点的速度与下降过程经过a点的速度大小相等 典例4 在楼房的阳台外以初速度20m s竖直上抛一物体 求抛出5s末物体的位移和速度 解析 画出运动示意图如图所示 a b c全过程综合考虑 匀减速运动 s v0t gt2 20 5 10 25 25m负号表示5s末物体的位置c在a点下方25mvt v0 gt 20 10 5 30m s负号表示方向向下 一 共点力的平衡条件 物体所受合力为0 二 超重和失重 物体具有竖直向上的加速度时为超重状态 物体具有竖直向下的加速度时为失重状态 超重还是失重由加速度方向决定 与速度方向无关 三 从动力学看自由落体运动 1 下列四个实验中 不能在绕地球飞行的太空实验舱中完成的是 a 用弹簧测力计测物体的重力b 用天平测物体的质量c 用温度计测舱内的温度d 用水银气压计测舱内气体的压强 abd 2 蹦极 是一项非常刺激的体育运动 某人身系弹性绳自高空p点自由下落 图中a点是弹性绳的原长位置 c是人所到达的最低点 b是人静止地悬吊着时的平衡位置 人在从p点落下到最低点c的过程中 ab a 人在pa段做自由落体运动 处于完全失重状态b 在ab段绳的拉力小于人的重力 人处于失重状态c 在bc段绳的拉力小于人的重力 人处于失重状态d 在c点 人的速度为零 其加速度为零 3 游乐园中 游客乘坐加速或减速运动的升降机 可以体会超重或失重的感觉 下列描述正确的是 a 当升降机加速上升时 游客是处在失重状态b 当升降机减速下降时 游客是处在超重状态c 当升降机减速上升时 游客是处在失重状态d 当升降机加速下降时 游客是处在超重状态 bc 4 某人在地面上最多能举起60kg的物体 而在一个加速下降的电梯里最多能举起8 kg的物体 求 1 此电梯的加速度多大 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的质量是多少 取g 10m s2 解析 1 不管在地面上 还是在变速运动的电梯里 人的最大举力是一定的 这是该题的隐含条件 设人的最大举力为 由题意可得 m1g 60kg 10m s2 600 选被举物体为研究对象 它受到重力m2g和举力 的作用