共点力平衡及超、失重 课件-高一上学期物理人教版必修1

1、学习目标：1、掌握共点力的平衡条件，会用来解决有关平衡问题；2、知道超重和失重的现象、概念、产生条件；3、能从动力学的角度理解自由落体运动 重、难点：1、共点力作用下问题的平衡和超、失重；2、超重、失重的产生条件。第四章牛顿运动定律4.7 用牛顿定律解决问题（二） 共点力平衡及超、失重制作者：河南驻马店高级中学 李阳一、共点力作用下物体的平衡1.共点力：作用在物体上同一点或作用线相交于同一点的力.2.平衡状态：物体处于静止或者保持匀速直线运动的状态. 理解：（1）两种平衡情形 静平衡：物体在共点力作用下处于静止状态 动平衡：物体在共点力作用下处于匀速直线运动状态（2）“静止”和“v0”的区别与

2、联系v=0时，是静止，是平衡态时，不是静止，不是平衡态平衡状态=加速度为03.力的平衡：物体受到共点力的作用且处于平衡状态.4.平衡条件:使物体保持平衡状态的力所必须满足的条件.物体在共点力作用下的平衡条件为：根据牛顿第二定律和平衡状态的定义知所受合外力为零物体在两个力作用下处于平衡状态，则这两个力必定等大反向共线，是一对平衡力物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，任意两个力的合力与第三个力等大反向共线物体受N个共点力作用处于平衡状态时，其中任意一个力与剩余(N1)个力的合力一定等大反向共线当物体处于平衡状态时，沿任意方向物体所受的合力均为零Fx合=0Fx合=0且Fy合=05.共点力的平衡条件

3、的应用（1）共点力作用下物体平衡的求解方法合成法：对于三力平衡，任意两个力的合力必与第三个力等大、反向；或将某一个力按实际作用效果分解到另两个力的反方向上，得到的两个分力必与另两个力等大、反向，再借助三角形知识求解. 图解法: 物体受三力作用而平衡时，这三个力的矢量箭 头首尾相连，构成一个矢量三角形，利用三角 形知识求解力的大小或做动态变化分析.相似法：仅对于三力平衡问题，通常寻找某个几何三角 形与力的矢量三角形相似，利用比例关系解题.汇交原理:若物体受到三个在同一平面内互不平行的力同时作用处于平衡状态，则此三力必为共点力.正交分解法:物体受到多个力同时作用处于平衡状态， 将物体所受的各个力沿

4、两个相互垂直方 向进行分解，然后分别在这两个方向列 出平衡方程.（2）解共点力平衡问题的一般步骤选取研究对象；对所选对象进行受力分析，并画出受力示意图；选择适当的处理力的方法；建立平衡方程；解方程，对结果作必要的说明.【1】下列物体中处于平衡状态的是（ ） A.静止在粗糙斜面上的物体 B.沿光滑斜面下滑的物体 C.在平直路面上匀速行驶的汽车 D.做自由落体运动的物体在刚开始下落的瞬间【2】如图所示，如果小球重，光滑斜面的倾角为，求斜面及挡板对小球的作用力。若挡板以其下端为轴沿逆时针方向缓慢转至水平，在此过程中挡板对小球作用力的大小如何变化？xyGN1N2解：小球的受力情况如图所示小球处于静止状

5、态，由平衡条件知先减小后增大GN1N2【3】如图所示，当小球被缓慢拉至固定、光滑半圆形容器顶部的过程中，小球受到的拉力和支持力大小如何变化？FOABGFN分析：小球在重力G、拉力F、支持力N三个力作用下处于平衡状态.式中G、OA、OB均不变，AB减小.变化过程中F、N的方向均变化，不宜用矢量三角形图解法处理.几何三角形OAB与三力的矢量三角形相似，故可利用比值关系解题.故N不变，F减小.【4】某均质刚性杆恰好静止在如图所示位置，已知竖直墙壁光滑，图中AB=3m，BC=4m，可认为滑动摩擦力与最大静摩擦力大小相等，求杆与水平地面间的动摩擦因数.ABCGNFDFNFf分析：刚性杆受重力G、竖直墙壁

6、给的支持力N、地面给的支持力FN和摩擦力Ff四个力作用下处于平衡状态.可以将刚性杆的受力等效为重力G、墙壁给的作用力N、地面给的作用力F三个力的作用，由于杆处于平衡状态，则此三力必为共点力.重力怎样测量？NN 例1、弹簧秤竖直悬挂、台秤水平放置都处于静止状态。证明弹簧秤和台秤的读数等于物体重力的大小。证明：由力的平衡条件F=G以物体为研究对象,受力如右图弹簧的读数就是重物对弹簧拉力F的大小由牛顿第三定律F=F弹簧的读数就是重力的大小。FFGGG=NN=NG=N二、超重与失重FFmgNNmg 例2、弹簧秤竖直悬挂、台秤水平放置都向上加速运动。求弹簧秤和台秤的读数。aa证明：由牛顿第二定律F-mg

7、=ma弹簧的读数就是重物对弹簧拉力F的大小由牛顿第三定律F=F弹簧的读数为m(g+a) 。以物体为研究对象,受力如右图F=m(g+a)N-mg=maN=NN=m(g+a)N=m(g+a)FFmgNNmg 例3、弹簧秤竖直悬挂、台秤水平放置都向下加速运动。求弹簧秤和台秤的读数大小。aa证明：由牛顿第二定律mg-F=ma弹簧的读数就是重物对弹簧拉力F的大小由牛顿第三定律F=F弹簧的读数为m(g-a) 。以物体为研究对象,受力如右图F=m(g-a)mg-N=maN=NN=m(g-a)N=m(g-a)1、超重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受的重力的情况称为超重现象。二、超重与失重2

8、、失重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受的重力的情况称为失重现象。3、完全失重：失重时，如果a=g，重物对竖直悬线的拉力T=m(g-a)=0；对支持面的压力N=m(g-a)=0。即此时物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，这种状态是完全失重状态！理解1：为什么会有超重与失重现象？结论：发生超重或失重现象与物体的速度方向无关，其取决于物体加速度的方向 （1）当物体有向上的加速度时（包括加速上升或减速下降），产生超重现象。即只要有向上的加速度就处于超重状态。 （2）当物体有向下的加速度时（包括加速下降或减速上升），产生失重现象。即只要有向下的加速度就处于失重状态。理解2：出现超重与

9、失重时，物体所受的重力变了吗？1. 实重物体实际受到的重力大小称为实重。 (即真实重量)2. 视重测量出来的重力大小称为视重。 (即表现出来的重量)3. 超重视重大于实重，称为超重。4. 失重视重小于实重，称为失重。5. 完全失重视重等于零，称为完全失重。实质：发生超重、失重现象时，是视重与物体本身的 重量不相等，其实物体的重量并没发生改变.理解3：下列仪器在完全失重状态下还能用吗？ 在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会完全消失，比如物体对桌面无压力，单摆停止摆动，浸在水中的物体不受浮力等靠重力才能使用的仪器，也不能再使用，如天平、液体气压计等 据报道，美国一产妇在完全失重的飞船

10、里曾产下一男孩，现约8岁，该男孩所表现出的智力和体力远远超过了同龄儿童，被美国人戏称为“小超人”。 在完全失重的空间里，科学家们可以进行大量的生物、生理、生化、物理、医学等实验，并能取得地面上进行同样实验无法达到的优秀效果。完全失重的空间里还有许多未被开垦的处女地，各国宇航局都力图率先在这些领域取得突破性进展，为此，发达国家的宇航局也曾向世人征求可在飞船里进行实验的方案。 北京市一名中学生曾设计出一个方案：即研究在完全失重的条件下，人的思维反应速度是不变、变快还是变慢。受到了发达国家宇航局的关注。 如果在座的各位同学在这方面有什么奇思妙想，不妨寄与我国宇航部门，希望将来在我国飞船上进行的实验里

11、，有你们设计的方案。 【例1】纽约世界贸易中心，坐落在曼哈顿岛南端，由6幢大楼组成，其中两幢110层主楼高411.48米，是世界第二摩天大楼，仅次于芝加哥西尔斯大厦。有一位跳楼者掉在一辆小汽车上，使车顶深深凹陷了下去。在谴责恐怖分子的罪恶行径之余，从力学角度加以分析。【例2】质量为m的物体用弹簧秤悬在升降机的顶板上,在下列哪种情况下，弹簧秤的读数最小： A、升降机匀速上升 B、升降机以加速度大小为g/2匀加速上升 C、升降机以加速度大小为g/2匀减速上升 D、升降机以加速度大小为g/3匀加速下降人、物体和升降机有相同的加速度【例3】一个质量是50kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部竖直悬挂

12、了一个弹簧测力计，测力计下挂着一个质量是5kg的物体，当升降机向上运动时，人看到测力计的示数为40N，取g=10m/s2，求此人对升降机地板的压力是多大？解：物体的重量G1=50N，测力计示数F1=40NG1,说明物体处于失重状态，取竖直向下为正方向，根据牛顿第二定律得根据牛顿第三定律，人对地板的压力v【例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80kg的物体，取g=10m/s2.求电梯以同样的加速度大小上升时，此人在电梯里最多能举起的物体的质量是多大？解：人站在地面上时，由平衡条件得最大举力为人举物体时，其最大举力是不变的.在加速下降的电梯里，物体处于失重

13、状态，由牛顿第二定律得而在加速上升的电梯里，物体处于超重状态，由牛顿第二定律得【例5】质量为M的三角形支架放在水平地面上，其顶端通过轻质弹簧竖直悬挂一质量为m的小球，当小球上下振动时，其向上和向下的最大加速度均为a，求地面受到的压力范围？解：小球有向上的最大加速度时小球有向下的最大加速度时三、从动力学看落体运动1、自由落体运动（1）自由落体运动定义GF合 =G=mg（2）自由落体加速度 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。V0=02、竖直上抛运动（1）竖直上抛运动定义F合 =G=mg（2）竖直上抛运动加速度 物体以一定的初速度竖直向上抛出后只在重力作用下的运动。GV0方向竖直向下。（3）竖直上抛运动研究方法（4）竖直上抛运动规律公式 以向上方向为正方向，竖直向上抛运动是一个加速度为-g的匀减速直线运动。例1、从塔上以20m/s的初速度竖直向上抛一个石子，不考虑空气阻力，求5s末石子速度和5s内石子位移。(g=10m/s2)。V0 以向上方向为正方向。x正xVt小结二、超重与失重(1)物体处于超重或失重状态时，物体所受的重力始终不变，只是物体 对支持物的压力或对悬挂物的