第7节 用牛顿运动定律解决问题(二) 2课时

第7节应用牛顿运动定律解决问题（二）学习目标：1.理解共点力作用下物体平衡状态的概念，能推导出共点力作用下物体的平衡条件。2.会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题。3.通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质。4.进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤，能解答以自由落体运动为基础的竖直方向的运动学问题（竖直上抛、竖直下抛）。

1．伽利略理想实验亚里士多德认为，必须

物体才能运动；没有力的作用，物体就要

，这种认识是

的大小或方向变了，也说它的运动状态发生改变。知识梳理1.物体处于平衡状态有什么特点？物体若受多个共点力作用而处于平衡状态，应满足什么条件？一、共点力的平衡条件分组讨论归纳：物体处于平衡状态的特点是：运动状态不发生变化，加速度为0。根据牛顿第二定律F=ma,当物体处于平衡状态时，加速度为0，因而物体若受多个共点力作用而处于平衡状态，应满足物体所受的合力F=0。结论:共点力作用下物体的平衡条件是所受合力为0。一、共点力的平衡条件分组讨论2.若一个物体受两个力而处于平衡状态，则这两个力的关系如何？若一个物体受三个力而处于平衡状态，则其中一个力与另外两个力的合力间满足怎样的关系？这个结论是否可以推广到多个力的平衡？一、共点力的平衡条件分组讨论二力平衡：物体受两个力而处于平衡状态时，这两个力的关系是等大、反向，且作用在同一条直线上。三个力平衡：物体受三个力作用而处于平衡状态时，可将其中的任意两个力合成，则这两个力的合力与另一个力的关系是大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上。推而广之，多个力的平衡，若物体受多个力的作用而处于平衡状态，则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，且作用在同一条直线上。一、共点力的平衡条件分组讨论例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4-7-6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，钢索和杆的重量都可忽略。如果悬挂物的重量为G，∠AOB=θ，钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各是多大？一、共点力的平衡条件分组讨论请思考：（1）轻质细绳中的受力特点如何？（2）可绕一端转动的轻杆只在两端受力时其受力特点如何？（3）分析钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力选谁为研究对象？其受力特点如何？（4）求钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力时的解题依据是什么？一、共点力的平衡条件分组讨论一、共点力的平衡条件分组讨论拓展：求钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力利用了正交分解法，还有没有其他方法？一、共点力的平衡条件分组讨论二、超重和失重1.生活体验：一位同学甲站在体重计上静止，另一位同学乙说出体重计的示数。注意观察接下来的实验现象：（1）甲突然下蹲时，体重计的示数是否变化？怎样变化？（2）甲突然站起时，体重计的示数是否变化？怎样变化？（3）当人下蹲和突然站起的过程中人受到的重力是否发生变化，为什么体重计的示数发生了变化呢？分组讨论2.现象分析（1）体重计的示数发生了变化，示数变小了。（2）体重计的示数发生了变化，示数变大了。（3）当人静止在体重计上时，人处于受力平衡状态，重力和体重计对人的支持力大小相等，而实际上体重计测量的是人对体重计的压力，二、超重和失重分组讨论在这种静止的情况下，压力的大小是等于重力的。而当人在体重计上下蹲或突然站起的过程中，人受到的重力没有发生变化，但人的运动状态发生了变化，也就是说产生了加速度，此时人受力不再平衡，压力的大小不再等于重力，所以体重计的示数发生了变化。二、超重和失重分组讨论例2如图所示，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？二、超重和失重分组讨论思考：（1）题目求人对地板的压力，解决问题时如何选择研究对象？（2）研究对象受到哪些力的作用？（3）解决问题时依据哪些规律？（4）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？二、超重和失重分组讨论解析：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）根据牛顿第三定律得，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）。答案：m（g+a）二、超重和失重分组讨论3.归纳总结（1）当电梯加速上升（或减速下降）时,加速度向上,人对电梯地板的压力F＝m（g+a）>mg，这种现象称为超重现象。二、超重和失重分组讨论（2）当电梯加速下降（或减速上升）时，加速度向下,人对电梯地板的压力F=m（g-a）<mg，这种现象称为失重现象。如果物体以大小等于g的加速度竖直下落，则人对电梯地板的压力m（g-a）=0，物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，好像完全没有受到重力作用，这种状态称为完全失重状态。二、超重和失重分组讨论4.超重和失重（1）定义

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。

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。二、超重和失重分组讨论

完全失重状态：物体以大小等于g的加速度竖直运动过程中，物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，好像完全没有受到重力作用，这种状态称为完全失重状态。在完全失重状态下由重力产生的一切物理现象都会完全消失。二、超重和失重分组讨论（2）超重和失重的条件

产生超重现象的条件：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，与运动方向无关。

产生失重现象的条件：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，与运动方向无关。完全失重的条件：物体只在重力作用下运动，与运动方向无关。二、超重和失重分组讨论（3）意义物体在超重和失重过程中所受到的重力并没有变化，“超重”并不意味着重力增大，“失重”也不代表重力减小，“完全失重”也不是说物体的重力完全消失了。超重和失重仅仅是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生变化。其实物体的重力依然存在，且并不发生变化。二、超重和失重分组讨论三、从动力学看自由落体运动1.物体做自由落体运动的条件有哪些？结论:物体做自由落体运动的条件有：第一，物体是从静止开始下落的，即运动的初速度为0。第二，运动过程中，它只受重力的作用。分组讨论三、从动力学看自由落体运动2.在第二章，我们通过实验研究了自由落体运动，知道它是加速度不变的匀变速直线运动。自由落体运动的加速度为什么不变？结论:根据牛顿第二定律，物体运动的加速度与它受的合力成正比，加速度的方向与合力的方向相同。物体做自由落体运动时只受重力作用，而且重力的大小、方向都不变，所以物体加速度的大小、方向也是恒定的。分组讨论思考：（1）这个物体是不是做自由落体运动？（2）物体在运动过程中受哪些力的作用？加速度的大小和方向是否发生变化？（3）物体做什么性质的运动？利用什么规律解决问题？三、从动力学看自由落体运动分组讨论拓展：（1）一个竖直向上抛出的物体为什么1.6s时的位置反而比0.6s时更低？（2）以地面为坐标原点，以向下为坐标轴的正方向进行列方程、解答，并对结果进行分析说明。（3）实际物体下落时都要受到空气阻力，在什么情况下可以忽略空气阻力的影响？三、从动力学看自由落体运动分组讨论1.关于自由落体运动，下列说法中正确的是（

）A.初速度为0的竖直向下的运动是自由落体运动B.只在重力作用下的竖直向下的运动是自由落体运动C.自由落体运动在任意相等的时间内速度变化量相等D.自由落体运动是初速度为0、加速度为g的匀加速直线运动检测巩固CD检测巩固ABC检测巩固BC4.如图所示，质量为m的木块在推力F的作用下，在水平地面上做匀速直线运动