2018高中物理 第四章 牛頓運動定律 4.7.1 用牛頓運動定律解決問題（二） 第1課時2課件 新人教版必修1.ppt

4 7用牛頓運動定律解決問題 二 第1課時共點力的平衡條件超重和失重 主題1共點力的平衡條件研讀教材 自主認知1 平衡狀態(tài) 如果一個物體在力的作用下 保持 或 狀態(tài) 我們就說這個物體處于平衡狀態(tài) 2 共點力的平衡條件 物體所受到的合力為 靜止 勻速直線運動 零 合作探究 核心歸納情景1 如圖甲所示 物體在F作用下保持靜止 情景2 如圖乙所示 物體在斜面上靜止或勻速下滑 斜面不動 情景3 如圖丙所示 物體靜止不動 試結(jié)合上述情景 討論下列問題 1 處于平衡狀態(tài)的物體有什么特點 提示 處于平衡狀態(tài)的物體 其運動狀態(tài)不發(fā)生變化 加速度為0 2 物體若受多個共點力作用保持平衡 應(yīng)滿足什么條件 提示 根據(jù)牛頓第二定律F ma可知 當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時 加速度為0 因而物體所受的合外力F 0 3 由 2 我們可以得出什么結(jié)論 提示 共點力作用下物體的平衡條件是合外力為0 4 若一個物體受三個力作用而處于平衡狀態(tài) 則其中一個力與另外兩個力的合力滿足怎樣的關(guān)系 這個結(jié)論是否可以推廣到多個力的平衡 提示 三個力平衡 合外力為零 則其中一個力與另外兩個力的合力必定大小相等 方向相反 推廣到多個力的平衡 若物體受多個力的作用而處于平衡狀態(tài) 則這些力中的某一個力一定與其他力的合力大小相等 方向相反 歸納總結(jié) 1 共點力的平衡條件 1 從運動學(xué)角度分析 靜止?fàn)顟B(tài) 物體的速度v 0 物體的加速度a 0 勻速直線運動狀態(tài) 物體的速度v 0 物體的加速度a 0 2 從動力學(xué)角度分析 處于平衡狀態(tài)的物體所受合力為零 2 平衡條件的四個推論 1 二力平衡條件 這兩個共點力大小相等 方向相反 2 三個力平衡條件 三個共點力平衡時 其中任意兩個力的合力一定與第三個力大小相等 方向相反 而且在同一條直線上 3 物體在n個共點力同時作用下處于平衡狀態(tài)時 這些力在任何一個方向上的合力均為零 其中任意 n 1 個力的合力必定與第n個力等值反向 作用在同一直線上 4 物體在多個共點力作用下處于平衡狀態(tài)時 各力首尾相接必構(gòu)成一個封閉的多邊形 過關(guān)小練 即時應(yīng)用1 多選 下列幾種情況中 物體處于平衡狀態(tài)的是 A 靜止在粗糙平面上的物體B 沿光滑斜面自由下滑的物體C 豎直上拋的物體在到達最高點時D 在不光滑的水平面上做勻速直線運動的木塊 解析 選A D 物體處于平衡狀態(tài)的條件是所受合力為零 其表現(xiàn)為靜止或勻速直線運動 因而選項A D正確 又因沿斜面自由下滑的物體 其加速度為a gsin 上拋運動的物體在最高點時v 0 但a g 并非平衡狀態(tài) 故選項B C錯誤 2 多選 2015 肇慶高一檢測 如圖所示 橫截面積相同的兩個圓柱體a b靠在一起 表面光滑 重力均為G 其中b的下一半剛好固定在水平面MN的下方 上邊露出另一半 a靜止在平面上 現(xiàn)過a的軸心施以水平作用力F 可緩慢地將a拉離平面一直滑到b的頂端 對該過程分析 應(yīng)有 A 拉力F先增大后減小 最大值是GB 開始時拉力F最大為G 以后逐漸減小為0C a b間壓力由0逐漸增大 最大為GD a b間的壓力開始最大為2G 而后逐漸減小到G 解析 選B D 對于a球 a球受到重力G 拉力F和b球的支持力N 由平衡條件得 F Ncos Nsin G 則得F Gcot N 根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知 從30 增大到90 F和N均逐漸減小 當(dāng) 30 F有最大值為G N有最大值為2G 故B D正確 3 2015 綿陽高一檢測 如圖所示 一質(zhì)量為6kg的物塊置于水平地面上 物塊與地面的動摩擦因數(shù)為0 5 然后用兩根繩分別系在物塊的A點和B點 A點繩水平 B點繩與水平面成37 角 已知sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 1 逐漸增大B點繩的拉力 直到物塊對地面的壓力恰好為零 則此時A點繩和B點繩的拉力分別是多大 2 將A點繩剪斷 為了使物塊沿水平面做勻速直線運動 在不改變B點繩方向的情況下 B點繩的拉力應(yīng)為多大 保留一位小數(shù) 解析 1 FA 80NFB 100N 2 水平方向 Ff FBcos 豎直方向 FBsin FN mgFf FN聯(lián)立解得FBcos mg FBsin FB 27 3N答案 1 80N100N 2 27 3N 補償訓(xùn)練 1 如圖所示 有一均勻梯子AB斜靠在豎直墻上處于靜止?fàn)顟B(tài) 假設(shè)墻面光滑 地面粗糙 則地面對梯子的作用力可能沿 A F1的方向B F2的方向C F3的方向D F4的方向 解析 選B 對梯子受力分析知 梯子受豎直向下的重力G 墻施加的水平向右的彈力FN 另外還受地面施加的作用力 此三力不平行且三力平衡 故三力應(yīng)共點 如圖所示 F應(yīng)與G FN交于一點 所以可能的方向是沿F2的方向 故B對 2 2013 新課標(biāo)全國卷 如圖 在固定斜面上的一物塊受到一外力F的作用 F平行于斜面向上 若要物塊在斜面上保持靜止 F的取值應(yīng)有一定范圍 已知其最大值和最小值分別為F1和F2 F2 0 由此可求出 A 物塊的質(zhì)量B 斜面的傾角C 物塊與斜面間的最大靜摩擦力D 物塊對斜面的正壓力 解析 選C 設(shè)物塊質(zhì)量為m 斜面的傾角為 最大靜摩擦力為fm 對物塊受力分析 根據(jù)物塊的平衡條件建立方程 外力F最大時 最大靜摩擦力方向沿斜面向下 有mgsin fm F1 外力F最小時 最大靜摩擦力方向沿斜面向上 有mgsin fm F2 兩式相減 可解得最大靜摩擦力fm 選項C正確 由這兩個等式無法解出物塊的質(zhì)量和斜面的傾角及物塊對斜面的正壓力 3 如圖所示 一物塊置于水平地面上 當(dāng)用與水平方向成60 角的力F1拉物塊時 物塊做勻速直線運動 當(dāng)改用與水平方向成30 角的力F2推物塊時 物塊仍做勻速直線運動 若F1和F2的大小相等 則物塊與地面之間的動摩擦因數(shù)為 解析 選B 由平衡條件F合 0 在F1拉物體時 F1cos60 mg F1sin60 0 在F2推物體時 F2cos30 mg F2sin30 0 由題意知 F1 F2 由 聯(lián)立解得 2 故選B 通法悟道 分析平衡類問題的一般步驟 1 選取研究對象 2 對所選取的研究對象進行受力分析 并畫出受力圖 3 對研究對象所受的力進行處理 一般情況下需要建立合適的直角坐標(biāo)系 對各力按坐標(biāo)軸進行正交分解 4 建立平衡方程 若各力作用在同一直線上 可直接用F合 0的代數(shù)式列方程 若幾個力不在同一直線上 可用Fx合 0與Fy合 0聯(lián)立列出方程組 5 對方程求解 必要時需對解進行討論 主題2超重和失重從動力學(xué)看自由落體運動研讀教材 自主認知1 超重 1 定義 物體對支持物的壓力 或?qū)覓煳锏睦?物體所受重力的現(xiàn)象 2 特點 物體發(fā)生超重現(xiàn)象時 加速度的方向 選填 向上 或 向下 大于 向上 2 失重 1 定義 物體對支持物的壓力 或?qū)覓煳锏睦?物體所受重力的現(xiàn)象 2 特點 物體發(fā)生失重現(xiàn)象時 加速度的方向 選填 向上 或 向下 3 完全失重 定義 物體對支持物的壓力 或?qū)覓煳锏睦?的現(xiàn)象 特點 物體豎直向下的加速度的大小等于 小于 向下 等于零 重力加速度 3 從運動學(xué) 動力學(xué)角度看自由落體運動 1 自由落體運動的運動學(xué)特征 自由落體運動是物體只在 作用下從 開始下落的運動 2 自由落體運動的動力學(xué)特征 由于物體在做自由落體運動時所受重力是恒力 由牛頓第二定律可知 物體下落的加速度 選填 恒定 或 改變 從這個角度看 自由落體運動是 直線運動 重力 靜止 恒定 勻變速 合作探究 核心歸納李明同學(xué)家住二十六樓 每天上學(xué)放學(xué)均要乘豎直升降電梯上下樓 下樓時 在電梯里 開始他總覺得有種 向上飄 的感覺 背的書包也感覺變 輕 了 快到樓底時 他總覺得自己有種 向下墜 的感覺 背的書包也似乎變 重 了 試結(jié)合上述情景 討論下列問題 為了研究超重 失重現(xiàn)象 李明在電梯里放了一臺臺秤如圖所示 設(shè)李明的質(zhì)量為50kg g取10m s2 1 當(dāng)電梯以a 2m s2的加速度勻加速上升時 臺秤的示數(shù)多大 提示 勻加速上升時 以人為研究對象 受力情況 加速度方向 速度方向如圖所示 選向上為正方向 根據(jù)牛頓第二定律 FN mg ma得 FN mg ma 50 10 2 N 600N 2 當(dāng)電梯以a 2m s2的加速度勻減速上升時 臺秤的示數(shù)多大 提示 勻減速上升時 以人為研究對象 人的受力情況 加速度方向 速度方向如圖所示 選向下為正方向根據(jù)牛頓第二定律 mg FN ma得 FN mg ma 50 10 2 N 400N 3 當(dāng)電梯以a 2m s2的加速度勻加速下降時 臺秤的示數(shù)多大 提示 勻加速下降時 以人為研究對象 人的受力情況 加速度方向 速度方向如圖所示 選向下為正方向 根據(jù)牛頓第二定律有mg FN ma得 FN mg ma 50 10 2 N 400N 4 當(dāng)電梯以a 2m s2的加速度勻減速下降時 臺秤的示數(shù)多大 提示 勻減速下降時 以人為研究對象 人的受力情況 加速度方向 速度方向如圖所示 選向上為正方向 根據(jù)牛頓第二定律有FN mg ma得 FN mg ma 50 10 2 N 600N 5 從以上例子中歸納總結(jié) 什么情況下會發(fā)生超重現(xiàn)象 什么情況下會發(fā)生失重現(xiàn)象 提示 1 4 中 物體具有向上的加速度時 將發(fā)生超重現(xiàn)象 2 3 中 物體具有向下的加速度時 將發(fā)生失重現(xiàn)象 6 如果李明在電梯里用彈簧測力計測物體重力時 將彈簧測力計和物體一起釋放 觀察彈簧測力計的示數(shù)如何變化 嘗試用牛頓第二定律分析 提示 觀察到彈簧測力計示數(shù)變?yōu)榱?彈簧測力計和物體一起釋放后 共同做自由落體運動 加速度為g 對物體用牛頓第二定律得 mg F mg 則F 0 歸納總結(jié) 超重 失重和完全失重的比較 拓展延伸 對超重 失重的理解在完全失重狀態(tài)下 平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會消失 比如物體對桌面無壓力 單擺停止擺動 浸在水中的物體不受浮力 液體對器壁沒有壓強等 工作原理與重力有關(guān)的儀器也不能再使用 如天平 液體氣壓計等 過關(guān)小練 即時應(yīng)用1 某研究性學(xué)習(xí)小組 為探究電梯啟動和制動時的加速度大小 小明同學(xué)站在體重計上乘電梯從1層到10層 之后又從10層返回到1層 并用照相機進行記錄 請認真觀察分析下列圖片 得出正確的判斷是 A 根據(jù)圖2和圖3 可估測電梯向上啟動時的加速度B 根據(jù)圖1和圖2 可估測電梯向上制動時的加速度C 根據(jù)圖1和圖5 可估測電梯向下制動時的加速度D 根據(jù)圖4和圖5 可估測電梯向下啟動時的加速度 解析 選C 圖1顯示該同學(xué)實際的體重 圖2顯示向上加速超重時的示數(shù) 圖3顯示向上減速失重時的示數(shù) 圖4顯示向下加速失重時的示數(shù) 圖5顯示向下減速超重時的示數(shù) 綜合圖片可知 根據(jù)圖1和圖3或圖5可估測電梯制動時的加速度 根據(jù)圖1和圖2或圖4可估測電梯啟動時的加速度 故C正確 2 多選 關(guān)于超重和失重 下列說法正確的是 A 超重就是物體受到的重力增加了B 物體向上運動一定處于超重狀態(tài)C 物體向下減速運動 處于超重狀態(tài)D 物體做自由落體運動時處于完全失重狀態(tài) 解析 選C D 物體超重或失重時 本身重力并沒有變化 A選項錯 物體的加速度向上時 物體處于超重狀態(tài) 此時物體不一定向上運動 B選項錯 C選項對 物體做自由落體運動時 加速度為重力加速度 物體處于完全失重狀態(tài) D選項對 3 多選 在一電梯的地板上有一壓力傳感器 其上放一物體 如圖甲所示 當(dāng)電梯運行時 傳感器示數(shù)大小隨時間變化的關(guān)系圖像如圖乙 根據(jù)圖像分析得出的結(jié)論中正確的是 A 從時刻t1到t2 物塊處于失重狀態(tài)B 從時刻t3到t4 物塊處于失重狀態(tài)C 電梯可能開始停在低樓層 先加速向上 接著勻速向上 再減速向上 最后停在高樓層D 電梯可能開始停在高樓層 先加速向下 接著勻速向下 再減速向下 最后停在低樓層 解題指南 解答本題應(yīng)把握以下三點 1 判斷超 失重現(xiàn)象關(guān)鍵是看加速度方向 而不是運動方向 2 處于超重狀態(tài)時 物體可能做向上加速或向下減速運動 3 處于失重狀態(tài)時 物體可能做向下加速或向上減速運動 解析 選B C 從F t圖像可以看出 0 t1 F mg 電梯可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運動狀態(tài) t1 t2 F mg 電梯具有向上的加速度 物塊處于超重狀態(tài) 可能加速向上運動或減速向下運動 t2 t3 F mg 可能靜止或勻速運動 t3 t4 F mg 電梯具有向下的加速度 物塊處于失重狀態(tài) 可能做加速向下或減速向上運動 綜上分析可知 B C正確 補償訓(xùn)練 1 如圖所示 一個盛水的容器底部有一小孔 靜止時用手指堵住小孔不讓它漏水 假設(shè)容器在下述運動中始終保持平動 且忽略空氣阻力 則 A 容器自由下落時 小孔向下漏水B 將容器豎直向上拋出 容器向上運動時 小孔向下漏水 容器向下運動時 小孔不向下漏水C 將容器水平拋出 容器在運動中小孔向下漏水D 將容器斜向上拋出 容器在運動中小孔不向下漏水 解析 選D 將容器拋出后 容器和容器中的水處于完全失重狀態(tài) 液面下任何一點的壓強都等于0 小孔不會向下漏水 2 多選 蹦極 是一項非常刺激的體育運動 某人身系彈性繩自高空P點自由下落 圖中a點是彈性繩的原長位置 c是人所到達的最低點 b是人靜止地懸吊著時的平衡位置 人在從P點落下到最低點c的過程中 A 人在Pa段做自由落體運動 處于完全失重狀態(tài)B 在ab段繩的拉力小于人的重力 人處于失重狀態(tài)C 在bc段繩的拉力小于人的重力 人處于失重狀態(tài)D 在c點 人的速度為零 其加速度也為零 解析 選A B 判斷人是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài) 只要看人的加速度方向 Pa段人做自由落體運動 加速度為g 人處于完全失重狀態(tài) 故A對 人從a到b的過程中 人的重力大于彈力 合力方向向下 加速度方向向下 人處于失重狀態(tài) 故B對 在b點 人的重力等于彈力 加速度為零 由b到c 人的重力小于彈力 合力方向向上 加速度方向向上 人處于超重狀態(tài) 故C錯 當(dāng)彈性繩伸長到c點時 彈力大于重力 加速度不為零 故D錯 通法悟道 判斷物體超重與失重的方法物體處于超重還是失重狀態(tài) 只取決于加速度方向 與物體的運動方向無關(guān) 1 當(dāng)物體的加速度方向豎直向下 或加速度有豎直向下的分量 時 處于超重狀態(tài) 2 當(dāng)物體的加速度方向豎直向上 或加速度有豎直向上的分量 時 處于失重狀態(tài) 3 當(dāng)物體的加速度豎直向下 且a g時 處于完全失重狀態(tài)