4.7用牛頓運動定律解決問題（二） 教案

1、適用學科高中物理適用年級高一適用區(qū)域人教版區(qū)域課時時長分鐘2課時知識點1. 超重與失重、完全失重的條件與特點2. 輕質量物體的牛頓定律問題3. 整體和隔離法、牛頓第二定律在連接體問題中的應用教學目標1、進一步學習分析物體的受力情況,能結合力的性質和運動狀態(tài)進行分析2、應用牛頓第二定律解決動力學的兩類根本問題3、掌握應用牛頓運動定律解決問題的根本思路和方法教學重點超重和失重教學難點超重和失重教學過程一、導入1運動學公式.2牛頓三大定律.3物體的受力情況求運動。4物體的運動情況求受力。二、知識講解一考點解讀共點力的平衡條件1、 如果一個物體在力的作用下保持靜止或勻速直線狀態(tài),我們就說這個物體處于平

2、衡狀態(tài).2、 共點力作用下物體的平衡條件是合力為 0.3、 三個力平衡,合外力為零,那么其中一個力與另外兩個力的合力必定大小相等、方向相反。多個力的平衡,假設物體受多個力的作用而處于平衡狀態(tài),那么這些力中的某一個力一定與其余力的合力大小相等、方向相反二考點詳析考點1超重超重現(xiàn)象超重現(xiàn)象：物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力大于物體所受重力的現(xiàn)象,稱為超重現(xiàn)象。超重現(xiàn)象產生的條件：物體具有豎直向上的加速度,即做加速上升或減速下降運動。當電梯加速下降或減速上升時,加速度向下,a0,m(g+a)mg。人對電梯地板的壓力占比力小考點2 失重失重現(xiàn)象考點3 連接體問題物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力小于

3、物體所受重力的現(xiàn)象,稱為失重現(xiàn)象。失重現(xiàn)象產生的條件：物體具有豎直向下的加速度,即做加速下降或減速上升運動。如果物體以大小等于g的加速度豎直下落,那么m(g+a)=0,物體對支持物、懸掛物完全沒有作用力,好似完全沒有重力作用,這種狀態(tài)是完全失重狀態(tài)。連接體問題1加速度是聯(lián)系運動和力的紐帶在牛頓第二定律公式和運動學公式勻變速直線運動公式,等中,均包含有一個配合的物理量加速度受力-加速度-運動2簡單連接題問題的處理方法連接體：是指運動中的幾個物體或者上下疊放,或者前后擠靠,或者通過細桿、細繩或輕彈簧連接在一起而形成整體或物體組連接體問題的處理方法通常是整體法和隔離法整體法：假設連接體具有相同的加速

4、度,可以把連接體看成一個整體作為研究對象在進行受力分析時,要注意區(qū)分內力和外力,采用整體法時只分析外力,不分析內力如下列圖,置于光滑水平面上的兩個物體和,用輕繩連接,繩與水平方向的夾角為,在上施一水平力,求兩物體運動的加速度這時,我們就可以把和作為整體來研究,那么有：,所以以整體為研究對象來求解,可以不考慮物體之間的作用力,列方程簡單,求解容易隔離法：把研究的物體從周圍物體中隔離出來,單獨進行分析上題中假設要求繩的拉力,那么必須將或隔離出來,單獨進行分析例如隔離,那么有：,所以三 、例題精析例題1一根彈簧的下端掛一重物,上端用手牽引使重物向下做勻速直線運動,從手突然停止到物體下降到最低點的過程

5、中,重物的加速度的數(shù)值將A. 逐漸增大 B. 逐漸減小 C. 先增大再減小 D. 先減小后增大【參考答案】A【解析】試題分析：由題意知道,物體先勻速下降,拉力等于重力；手突然停止運動后,物體由于慣性繼續(xù)下降,根據(jù)形變量的變化明確彈力變化；再分析物體受到的合力變化；由牛頓第二定律即可得出加速度的變化物體勻速運動過程,彈簧對物體的彈力與重力二力平衡；手突然停止運動后,物體由于慣性繼續(xù)下降,彈簧伸長量變大,彈力減大；而物體受到的合力,故重力與彈力的合力變大,根據(jù)牛頓第二定律可知,物體的加速度變大,A正確.【點睛】：由題意知道,物體先勻速下降,拉力等于重力例題2質量為M=2kg的長木板A放在光滑的水平

6、面上,質量為m=2kg的另一物體B以水平速度v0=2m/s滑上原來靜止的長木板A的外表,由于A、B間存在摩擦,之后A、B速度隨時間變化情況如下列圖,g取10m/s2那么以下說法不正確是A. 木板A的最小長度為1mB. 系統(tǒng)損失的機械能為1JC. A、B間的動摩擦因數(shù)為0.1D. 木板獲得的動能為1J【參考答案】B【解析】由圖象可知1s內物體B的位移為： ,木板A的位移為 ：xA= 11m=0.5m,所以木板最小長度為 L=xB-xA=1m,故A正確；系統(tǒng)損失的機械能 ,故B錯誤；由圖象可知木板A的加速度為,根據(jù)mBg=mAaA得出動摩擦因數(shù)為0.1,故C正確從圖可以看出,B做勻減速運動,A做勻

7、加速運動,最后一起做勻速運動,配合速度為1m/s木板獲得的動能為 EkA=mv2=212=1J,故D正確；此題選擇錯誤的選項, 應選B.【點睛】：解題時加速度是聯(lián)系力和運動的橋梁,根據(jù)v-t圖象得出物體運動特征,并根據(jù)牛頓運動定律求解受力和運動情況是解決此題的關鍵。例題3在傾角為=30的固定光滑斜面上有兩個用輕彈簧相連接的質量都為m的物塊A、B,彈簧勁度系數(shù)為k,C為一固定擋板,系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)用一平行于斜面向上的恒力F拉物塊A使之向上運動,當物塊B剛要離開擋板C時,那么這個過程中以下說法正確的選項是 A. 物塊A的位移為B. 當物塊B剛要離開擋板C時,物塊A的速度為C. 彈簧彈性勢能的增

8、加量為D. 此時,突然撤去恒力F,物塊A的加速度為【參考答案】B【解析】開始系統(tǒng)處于靜止狀態(tài),彈簧彈力等于A的重力沿斜面下的分力,即mgsin300=kx1；當B剛離開C時,彈簧的彈力等于B的重力沿斜面下的分力,故mgsin300=kx2,物塊A的位移為,選項A錯誤；開始時彈簧的壓縮量等于B剛要離開擋板時的伸長量,那么開始時彈簧的彈性勢能等于B剛要離開擋板時的彈性勢能,由動能定理可知： ,解得,選項B正確,C錯誤； 假設突然撤去外力,那么由牛頓第二定律： ,解得a=g,選項D錯誤；應選B?！军c睛】：開始系統(tǒng)處于靜止狀態(tài),彈簧彈力等于A的重力沿斜面下的分力例題4某同學站在上升的電梯內,該同學體重

9、為600N,在電梯減速直至停止的過程中,以下說法正確的選項是g取10m/s2 A該同學體重大于600 NB該同學體重小于600 NC該同學對電梯地板壓力大于600 ND該同學對電梯地板壓力小于600 N【參考答案】D【解析】試題分析：在電梯減速直至停止的過程中,具有向下的加速度,處于失重狀態(tài)人的重力保持不變仍為600N解：A、物體的重力大小與所處的狀態(tài)無關,在電梯減速直至停止的過程中,人的重力保持不變仍為600N故A錯誤,B錯誤；C、電梯減速上升,具有向下的加速度,處于失重狀態(tài),該同學對電梯地板壓力小于600 N故C錯誤,D正確應選：D【點睛】：此題考查了超重失重的知識,關鍵是判斷出加速度的方

10、向,注意超重失重時物體的重力不變,四 、課堂運用根底1、“蛟龍?zhí)栕鳂I(yè)型載人深潛器具有與海底保持一定高度“自動定高航行的效用。它從A點“自動定高航行運動至B點的過程中,以下判斷可能正確的選項是A一直處于超重狀態(tài)B一直處于失重狀態(tài)C先超重,后失重D先失重,后超重【參考答案】C【解析】由圖可知,由A到B的過程中,航行器的加速度先向上再向上,故先超重后失重,故C正確ABD錯誤2、撐桿跳是田徑運開工程一種。在這項比賽中,運發(fā)動雙手握住一根特制的桿子,經過快速助跑后,借助桿子撐地的反彈力量,使身體騰起,躍過橫桿。關于撐桿跳,以下說法正確的選項是A運發(fā)動起跳時,撐桿提給予運發(fā)動的彈力等于運發(fā)動所受重力B運發(fā)

11、動起跳時,撐桿提給予運發(fā)動的彈力小于運發(fā)動所受重力C在運發(fā)動起跳上升階段,運發(fā)動始終處于超重狀態(tài)D在運發(fā)動越過桿子下落階段,運發(fā)動始終處于失重狀態(tài)【參考答案】D【解析】AB、起跳時運發(fā)動的加速度的方向向上,竿對他的彈力大于他的重力。故AB錯誤；C、在運發(fā)動起跳上升階段,運發(fā)動開始時向上做加速運動,隨后向上做減速運動,所以運發(fā)動開始時處于超重狀態(tài),上升的最后階段處于失重狀態(tài)。故C錯誤；D、起跳以后的下落過程中運發(fā)動的加速度的方向向下,他始終處于失重狀態(tài)。故D正確3、一種巨型娛樂器械可以使人體驗超重和失重,其環(huán)形座艙套在豎直柱子上,由升降機送上幾十米的高處,然后讓座艙自由落下。落到一定位置時,制動

12、系統(tǒng)啟動,座艙做減速運動,到地面時剛好停下。在上述過程中,關于座艙中的人所處的狀態(tài),以下判斷正確的選項是A座艙在自由下落的過程中人處于超重狀態(tài)B座艙在自由下落的過程中人處于失重狀態(tài)C座艙在減速運動的過程中人處于失重狀態(tài)D座艙在整個運動過程中人都處于超重狀態(tài)【參考答案】B【解析】A、在自由下落的過程中人只受重力作用,做自由落體運動,處于失重狀態(tài),故A錯誤B正確；C、在減速運動的過程中人受重力和座位對人向上的支持力,做減速運動,所以加速度向上,人處于超重狀態(tài),故C錯誤；D、整個運動的過程中人先失重后超重。故D錯誤穩(wěn)固1、目前青島最高建筑是位于市北CBD的山東航運中心,高達249米假設有一乘客從山東

13、航運中心一樓坐電梯直上樓頂,電梯先豎直向上做勻加速運動,到達一定速度后做勻速運動,最后做勻減速直線運動直到頂樓,那么該乘客依次經歷的狀態(tài)是A失重 平衡 超重B平衡 失重 超重C超重 平衡 失重D超重 失重 平衡【參考答案】C【解析】當電梯先豎直向上做勻加速運動時,電梯的加速度的方向向上,電梯處于超重狀態(tài)；當電梯向上做勻速直線運動的過程中,電梯沒有加速度,處于平衡狀態(tài)；當電梯向上做減速運動的過程中,電梯的加速度的方向向下,所以電梯處于失重狀態(tài)。故ABD錯誤,C正確。 2、2019年4月22日,中國首艘貨運飛船“天舟一號與“天宮二號空間實驗室交會對接成功,組合體在軌正常運行。關于在空間實驗室內的物

14、理現(xiàn)象,以下說法正確的選項是A置于液體中的物體,仍將受浮力作用B不能用彈簧秤測力的大小C天平和水銀氣壓計仍然能夠正常使用D泥水不會發(fā)生沉淀現(xiàn)象【參考答案】D【解析】A、飛船處于完全失重狀態(tài),完全失重下沒有浮力,沒有液壓,沒有沉淀,故AC錯誤,D選項正確；B、雖然彈簧秤不能測重力,但仍然可以測彈力的大小,故B錯誤3、2019 年11月5 日,我國用長征火箭成功發(fā)射了兩顆北斗三號組網衛(wèi)星如下列圖,開啟了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球組網的新時代以下關于火箭在豎直方向加速起飛階段的說法,正確的選項是A火箭只受到重力和空氣阻力的作用B火箭噴出的熱氣流對火箭的作用力與火箭對熱氣流的作用力大小相等C火箭處于失重狀態(tài)

15、D保溫泡沫塑料從箭殼上自行脫落后,相對地面由靜止下落【參考答案】B【解析】A、火箭受到重力和空氣阻力以及內部燃料噴出時的作用力,故A錯誤；B、火箭噴出的熱氣流對火箭的作用力與火箭對熱氣流的作用力為作用力和反作用力,二者大小相等,故B正確；C、火箭加速向上,故處于超重狀態(tài),故C錯誤；D、保溫泡沫塑料從箭殼上自行脫落后,由于具有向上的速度,故做豎直上拋運動,故D錯誤拔高如下列圖,小芳在體重計上完成下蹲動作。以下Ft圖象能反映體重計示數(shù)隨時間變化的是ABCD【參考答案】C【解析】對人的運動過程分析可知,人下蹲的過程可以分成兩段：人在加速下蹲的過程中,有向下的加速度,處于失重狀態(tài),此時人對傳感器的壓力

16、小于人的重力的大小；在減速下蹲的過程中,加速度方向向上,處于超重狀態(tài),此時人對傳感器的壓力大于人的重力的大小,ABD錯誤；C正確。2、如圖為小學生在玩彈跳球時的情景,雙腳站在彈跳球的水平跳板上,用力向下壓彈跳球,形變的彈跳球能和人一起豎直跳離地面。忽略阻力和彈跳球的質量,某一彈跳球平安性能指標要求反彈高度不超過15cm。以下說法正確的選項是A反彈向上運動的過程中小學生處于超重狀態(tài)B一次反彈過程對小學生所做的功約為60 JC從下端觸地到運動到最低點的過程中,人的加速度先增大后減少D從下端觸地到運動到最低點的過程中,人所受重力的瞬時功率逐漸減小【參考答案】A【解析】A、反彈向上運動的過程中小學生具

17、有向上的加速度,所以處于超重狀態(tài)。故A正確；B、小學生的體重比較小,取m=30kg,根據(jù)能量守恒得,W=mgh=30100.15J=45J故B錯誤；C、下端剛剛觸地時,彈跳球受到的彈力較小,進一步向下壓縮后,彈跳球受到的彈力逐漸增大,那么人受到的合力先逐漸減??；當彈跳球受到的彈力大于重力后,人受到的合力又開始逐漸增大,所以從下端觸地到運動到最低點的過程中,人的加速度先減小后增大。故C錯誤；D、下端剛剛觸地時,彈跳球受到的彈力較小,人受到的合力先逐漸減小,人先向下做加速運動；當彈跳球受到的彈力大于重力后,人受到的合力方向向上,開始逐漸增大,人向下做減速運動,所以人先向下做加速運動,然后向下做減速

18、運動,所以從下端觸地到運動到最低點的過程中,人所受重力的瞬時功率先增大,后減小。故D錯誤3、如下列圖,跳水運發(fā)動最后踏板的過程可以簡化為下述模型：運發(fā)動從高處落到處于自然狀態(tài)的跳板上,隨跳板一同向下做變速運動到達最低點,然后隨跳板反彈,那么A運發(fā)動與跳板接觸的全過程中只有超重狀態(tài)B運發(fā)動把跳板壓到最低點時,他所受外力的合力為零C運發(fā)動能跳得高的原因從受力角度來看,是因為跳板對他的作用力遠大于他的重力D運發(fā)動能跳得高的原因從受力角度來看,是因為跳板對他的作用力遠大于他對跳板的作用力【參考答案】C【解析】A、運發(fā)動與跳板接觸過程中,開始時向下加速,當彈力大于重力后減速,加速度先向下,后向上,所以全

19、過程中既有超重狀態(tài)也有失重狀態(tài),故A錯誤；B、運發(fā)動把跳板壓到最低點時,跳板給其的彈力大于其重力,合外力不為零,故B錯誤。C、運發(fā)動把跳板壓到最低點時,跳板給其的彈力遠大于其重力,從而使人獲得向上的較大的加速度,故C正確；D、跳板對運發(fā)動的作用力和他對跳板的作用力是作用力與反作用力,總是大小相等,方向相反,故D錯誤課堂小結超重和失重1超重：物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力大于物體所受的重力此時具有豎直向上的加速度,由牛頓第二定律和牛頓第三定律得出2失重：物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力小于物體所受的重力此時具有豎直向下的加速度,由牛頓第二定律和牛頓第三定律得出完全失重：當時,物體處于完全失

20、重狀態(tài)3判斷物體是否處于超重或失重狀態(tài),只需要看物體在豎直方向上是否有加速度,加速度向上那么為超重,加速度向下為失重課后作業(yè)根底1、為了讓乘客乘車更為舒適,某探究小組設計了一種新的交通工具,乘客的座椅能隨著坡度的變化而自動調整,使座椅始終保持水平,如下列圖,當此車減速上坡時,乘客A處于超重狀態(tài)B不受摩擦力的作用C受到向后水平向左的摩擦力作用D所受合力豎直向上【參考答案】C【解析】當車減速上坡時,加速度方向沿斜坡向下,人的加速度與車的加速度相同,根據(jù)牛頓第二定律知人的合力沿斜面向下,合力的大小不變。人受重力、支持力和水平向左的靜摩擦力,如圖。將加速度沿豎直方向和水平方向分解,那么有豎直向下的加速

21、度,那么：mgN=mayNmg,乘客處于失重狀態(tài)。故A錯誤,B錯誤,C正確,D錯誤。應選：C。2、圖甲是某人站在力傳感器上做下蹲,起跳動作的示意圖,中間的表示人的重心,圖己是根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)面出的力一時間圖線。兩圖中ag各點均對應,其中有幾個點在圖甲中沒有面出,取重力加速度g=10m/s2,根據(jù)圖象分析可知A人的重力為1500NBe點位置人處于失重狀態(tài)Cc點位置人處于超重狀態(tài)Dd點的加速度小于f點的加速度【參考答案】C【解析】A、開始時人處于平衡狀態(tài),人對傳感器的壓力是500N,根據(jù)牛頓力平衡可知,人的重力也是500N故A錯誤；B、e點時人對傳感器的壓力大于其重力,處于超重狀態(tài)。故B錯誤

22、；C、c點時人對傳感器的壓力大于其重力,處于超重狀態(tài)。故C正確；D、人在d點時人受到的支持力較大,那么由牛頓第二定律可知d點的加速度大于f點的加速度。故D錯誤3、如下列圖,物體A、B由跨過定滑輪且不可伸長的輕繩連接,由靜止釋放,在物體A加速下降的過程中此過程中物體B未碰到滑輪,以下判斷正確的選項是A物體A和物體B均處于超重狀態(tài)B物體A和物體B均處于失重狀態(tài)C物體A處于超重狀態(tài),物體B處于失重狀態(tài)D物體A處于失重狀態(tài),物體B處于超重狀態(tài)【參考答案】D【解析】物體A加速下降的過程中,B加速上升,所以A的加速度向下,處于失重狀態(tài)；B的加速度向上,處于超重狀態(tài),故D正確,ABC錯誤穩(wěn)固1、合肥市濱湖游

23、樂場里有一種大型娛樂器械,可以讓人體驗超重和失重。其環(huán)形座艙套在豎直柱子上,先由升降機送上70多米的高處,然后讓座艙由靜止無動力落下,落到離地30米高的位置時,制動系統(tǒng)啟動,座艙做減速運動,到地面時剛好停下。假設艙中某人用手托著一個重50牛的鉛球。那么以下說法正確的選項是A當座艙落到離地面45米高的位置時,球對手的壓力為0B當座艙落到離地面45米高的位置時,手對球有支持力C當座艙落到離地面20米高的位置時,球對手壓力為0D當座艙落到離地面20米高的位置時,手對球的支持力小于50牛【參考答案】A【解析】AB、在自由下落的過程中人只受重力作用,做自由落體運動,處于失重狀態(tài),當座艙落到離地面45米高

24、的位置時,仍處于自由下落過程,故球對手的壓力為0,故A正確,B錯誤；CD、當座艙落到離地面20米高的位置時,座艙減速運動,處于超重狀態(tài),故球對手的壓力大于球的重力,即大于50N,故CD錯誤。2、在德國首都柏林舉行的世界田徑錦標賽女子跳高決賽中,克羅地亞選手弗拉希奇以2.04m的成績獲得冠軍弗拉希奇身高約為1.93m,忽略空氣阻力,g取10m/s2那么以下說法正確的選項是A弗拉希奇下降過程處于失重狀態(tài)B弗拉希奇起跳以后在上升過程處于超重狀態(tài)C弗拉希奇起跳時地面對她的支持力等于她所受的重力D弗拉希奇起跳時的初速度大約為3m/s【參考答案】A【解析】A、B弗拉希奇在整個跳高過程中,只受重力作用,處于

25、失重狀態(tài)。故A正確,B錯誤。C、弗拉希奇起跳時,有向上的加速度,那么地面對他的支持力大于她的重力。故C錯誤。D、根據(jù)勻減速直線運動公式得v=,其中h為弗拉希奇重心上升的高度大約是1m,解得：v=4.5m/s,故D錯誤3、小明同學為感受相互作用力的大小,他用手托著書使它做下述各種情況的運動,那么,書對手的作用力最大的情況是A向下的勻加速運動B向上的勻減速運動C向左的勻速運動D向右的勻減速運動【參考答案】D【解析】向下的勻加速運動或向上的勻減速運動時,書的加速度向下,處于失重狀態(tài),手對書的作用力小于書的重力；向左的勻速運動時,手對書的作用力等于書的重力；向右的勻減速運動時,加速度向左,根據(jù)牛頓第二

26、定律分析得知,手對書的作用力大于書的重力。所以向右的勻減速運動時,手對書的作用力最大拔高1、將地面上靜止的貨物豎直向上吊起,貨物由地面運動至最高點的過程中,vt圖象如下列圖。以下判斷正確的選項是A前2s內與最后2s內貨物的平均速度和加速度都相同B最后2s內貨物只受重力作用C第2s末至第6s末的過程中,貨物的機械能守恒D前2s內貨物處于超重狀態(tài)【參考答案】D【解析】A、前3 s內貨物向上做勻加速運動,加速度：,前2s內的平均速度：m/s；最后2s內貨物的平均速度：m/s；最后2s的加速度大?。憾疾较嗤?。故A錯誤；B、在最后2s貨物的加速度大小是3m/s210m/s2,可知貨物受到向上的拉力,故B錯誤；C、在第2s末至第3s末物體向上做加速運動,受到的拉力一定向上；在第3s末至第6s末物體向上做勻速運動,受到的拉力大小等于