河北省遷安一中高中物理用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題課件新人教版必修

1、7用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題(二二)1知道物體怎樣才是處于平衡狀態(tài)，掌握共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件，并會(huì)用來(lái)解決有關(guān)平衡問題2知道什么是超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象，會(huì)運(yùn)用牛頓定律分析超重、失重問題一、共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件1平衡狀態(tài)物體在力的作用下保持_或_的狀態(tài)2平衡條件： _ 二、超重和失重1超重(1)定義：由于具有豎直向上的加速度，物體對(duì)水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力) _物體所受的重力的現(xiàn)象靜止靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)合力為零合力為零大于大于(2)產(chǎn)生條件：物體具有_的加速度2失重(1)定義：物體對(duì)水平支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力) _物體所受重力的現(xiàn)象

2、(2)產(chǎn)生條件：物體具有_的加速度(3)完全失重定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的狀態(tài)產(chǎn)生條件：ag方向_ 豎直向上豎直向上小于小于豎直向下豎直向下豎直向下豎直向下一、對(duì)平衡狀態(tài)及平衡條件的理解1對(duì)共點(diǎn)力作用下物體的平衡的理解(1)兩種平衡情形靜平衡：物體在共點(diǎn)力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)動(dòng)平衡：物體在共點(diǎn)力作用下處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(2)“靜止”和“v0”的區(qū)別與聯(lián)系(2)由平衡條件得出的結(jié)論物體在兩個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)，則這兩個(gè)力必定等大反向共線，是一對(duì)平衡力物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大反向共線物體受N個(gè)共點(diǎn)力作用處于平衡狀態(tài)時(shí)，其中任意

3、一個(gè)力與剩余(N1)個(gè)力的合力一定等大反向共線當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，沿任意方向物體所受的合力均為零1.物體在共點(diǎn)力作用下，下列說(shuō)法中正確的是()A物體的速度在某一時(shí)刻等于零時(shí)，物體就一定處于平衡狀態(tài)B物體相對(duì)另一物體保持靜止時(shí)，物體一定處于平衡狀態(tài)C物體所受合外力為零時(shí)，就一定處于平衡狀態(tài)D物體做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體處于平衡狀態(tài)【解析解析】本題考查對(duì)平衡狀態(tài)的判斷，處于平衡狀態(tài)的物體從運(yùn)動(dòng)形式上是處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從受力上看，物體所受合外力為零某一時(shí)刻速度為零的物體，受力不一定為零，故不一定處于平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；物體相對(duì)另一物體靜止時(shí)，該物體不一定靜止，如當(dāng)另一物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，該物體

4、也做變速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)物體處于非平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；C選項(xiàng)符合平衡條件的判斷，為正確選項(xiàng)；物體做勻加速運(yùn)動(dòng)，所受合外力不為零，所以不是平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤，選C.【答案答案】C物體受到與水平方向成30角的拉力FT的作用，向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如右圖所示，則物體受到的拉力FT與地面對(duì)物體的摩擦力的合力的方向是()A向上偏左 B向上偏右C豎直向上 D豎直向下【解析解析】物體受重力mg、拉力FT、支持力FN和摩擦力Ff共同作用處于平衡狀態(tài)，則四個(gè)力的合力為零，即有Ff與FT的合力的大小等于重力和支持力的合力的大小，方向相反【答案答案】C二、對(duì)超重和失重的理解1視重：當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí)，

5、彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于測(cè)力計(jì)所受的拉力或秤所受壓力2超重、失重的分析3.對(duì)超重和失重現(xiàn)象的理解(1)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體所受的重力始終不變，只是物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生了變化，看起來(lái)物重好像有所增大或減小(2)發(fā)生超重或失重現(xiàn)象與物體的速度方向無(wú)關(guān)，其取決于物體加速度的方向(3)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(huì)完全消失，比如物體對(duì)桌面無(wú)壓力，單擺停止擺動(dòng)，浸在水中的物體不受浮力等靠重力才能使用的儀器，也不能再使用，如天平、液體氣壓計(jì)等超重與失重現(xiàn)象僅僅是一種表象只是拉力(或壓力)的增大或減小，物體的重力大小是不變的3.關(guān)于超重、失

6、重，下列說(shuō)法中正確的是()A超重就是物體的重力增加了B失重就是物體的重力減小了C完全失重就是物體的重力消失了D不論超重、失重，物體的重力不變【答案答案】D如右圖所示，在一細(xì)繩C點(diǎn)系住一重物P，細(xì)繩兩端A、B分別固定在墻上，使AC保持水平，BC與水平方向成30角，已知細(xì)繩最多只能承受200 N的拉力，那么C點(diǎn)懸掛物體的重力最多為_N，這時(shí)細(xì)繩的_段即將拉斷【解析解析】本題選擇C點(diǎn)作為研究對(duì)象，它受重物P豎直向下的拉力FmPg、BC段繩的拉力F1、AC段繩的拉力F2，三力合力為零解法一力的合成法根據(jù)一個(gè)物體受三個(gè)力作用處于平衡狀態(tài)，則三個(gè)力的任意二個(gè)力的合力大小等于第三個(gè)力大小，方向與第三個(gè)力方向

7、相反在如右圖所示中可得出F1與F2的合力F合豎直向上，大小等于F，由三角函數(shù)關(guān)系可得出：F合=F1sin 30=F=mPg，F(xiàn)2=F1cos 30.當(dāng)F1達(dá)到最大值200 N時(shí)，mPg=100 N，F(xiàn)2=173 N，在此條件下，BC段繩子即將斷裂，AC段繩的拉力F2還未達(dá)到最大值當(dāng)F2達(dá)到最大值200 N時(shí)，mPg=115.6 N，F(xiàn)1=231.2 N200 N由此可看出，AC段繩的拉力達(dá)到最大值，BC段繩的拉力已經(jīng)超過其最大承受拉力，在該條件下，BC段繩子早已斷裂從以上分析可知，C點(diǎn)懸掛物體的重力最多為100 N，這時(shí)BC段繩子即將拉斷解法二正交分解法如右圖所示，將拉力F1分解，根據(jù)物體平衡

8、條件可得：F1sin 30=F=mPg，F(xiàn)2=F1cos 30.以下分析過程同解法一【答案答案】100 NBC(2009年山東卷)如右圖所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O為球心一質(zhì)量為m的小滑塊，在水平力F的作用下靜止于P點(diǎn)設(shè)滑塊所受支持力為FN，OP與水平方向的夾角為.下列關(guān)系正確的是()【解析解析】物體受力情況如右圖所示，由物體的平衡條件可得FNsin =mg，F(xiàn)Ncos =F，聯(lián)立解得FN=mg/sin ，F(xiàn)=mg/tan ，故只有A正確【答案答案】A一個(gè)人站在磅秤上，在他蹲下的過程中，磅秤的示數(shù)將()A先小于體重，后大于體重，最后等于體重B先大于體重，后小于體重，最后等于體重C先小

9、于體重，后等于體重D先大于體重，后等于體重【解析解析】把人看做一整體，受到重力和磅秤支持力的作用，若重心加速下降，處于失重狀態(tài)，則支持力小于重力；若重心減速下降，處于超重狀態(tài)，則支持力大于重力人下蹲的過程較復(fù)雜，首先必定加速，但最后人又靜止，所以必定還有減速過程，即人的重心先加速下降，后減速下降，最后靜止因此，磅秤示數(shù)先小于體重，后大于體重，最后等于體重【答案答案】A(1)判斷超、失重現(xiàn)象關(guān)鍵是看加速度方向，而不是運(yùn)動(dòng)方向(2)處于超重狀態(tài)時(shí)，物體可能做向上加速或向下減速運(yùn)動(dòng)(3)處于失重狀態(tài)時(shí)，物體可能做向下加速或向上減速運(yùn)動(dòng) 下列說(shuō)法正確的是()A游泳運(yùn)動(dòng)員仰臥在水面靜止不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)

10、B蹦床運(yùn)動(dòng)員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài)C舉重運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴后不動(dòng)的那段時(shí)間內(nèi)處于超重狀態(tài)D體操運(yùn)動(dòng)員雙手握住單杠吊在空中不動(dòng)時(shí)處于失重狀態(tài)【解析解析】由超重、失重和完全失重的概念可知，在加速度向下時(shí)處于失重狀態(tài)在加速度向上時(shí)處于超重狀態(tài)，故正確答案為B.【答案答案】B某人在地面上最多能舉起60 kg的物體，而在一個(gè)加速下降的電梯里最多能舉起80 kg的物體求：(1)此電梯的加速度多大？(2)若電梯以此加速度上升，則此人在電梯里最多能舉起物體的質(zhì)量是多少？(g取10 m/s2)【解析解析】人舉物體時(shí)，其最大舉力是確定的，由于電梯做加速運(yùn)動(dòng)，物體有“超重”和“失重”兩種情況，其運(yùn)動(dòng)可由

11、牛頓第二定律分析加速下降時(shí)，合外力向下，對(duì)物體而言，重力大于舉力反之，重力小于舉力(1)站在地面上的人，最大舉力為Fm1g6010 N600 N.在加速下降的電梯內(nèi)，人的最大舉力F仍為600 N，由牛頓第二定律得m2gFm2a，【答案答案】(1)2.5 m/s2(2)48 kg此人在地面上的最大“舉力”是F，那么他在以不同的加速度運(yùn)動(dòng)的電梯里最大“舉力”仍為F，這是解決本題的關(guān)鍵，同時(shí)注意要合理利用牛頓第二定律及F合與a的方向相同這一規(guī)律列出方程某實(shí)驗(yàn)小組，利用DIS系統(tǒng)觀察超重和失重現(xiàn)象，他們?cè)陔娞輧?nèi)做實(shí)驗(yàn)，在電梯的地板上放置一個(gè)壓力傳感器，在傳感器上放一個(gè)重為20 N的物塊，如圖甲所示，實(shí)

12、驗(yàn)中計(jì)算機(jī)顯示出傳感器所受物塊的壓力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系，如圖乙所示以下根據(jù)圖象分析得出的結(jié)論中正確的是()A從時(shí)刻t1到t2，物塊處于失重狀態(tài)B從時(shí)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【解析解析】由圖可知在0t1、t2t3及t4之后，傳感器所受壓力大小等于物塊的重力大??；t1t2時(shí)間段內(nèi)，傳感器所受壓力大小大于物塊重力，處于超重狀態(tài)，加速度向上；t3t4時(shí)間段內(nèi)，壓力小于物塊重力，處于失重狀態(tài)，加速度向下綜上所述選項(xiàng)B、C正確【答案答案】BC“

13、動(dòng)態(tài)平衡”是指平衡問題中的一部分力是變力，是動(dòng)態(tài)力，力的大小和方向均要發(fā)生變化，所以叫動(dòng)態(tài)平衡，這是力平衡問題中的一類難題解決這類問題的一般思路是：把“動(dòng)”化為“靜”，“靜”中求“動(dòng)”如右圖所示，把球夾在豎直墻面AC和木板BC之間，不計(jì)摩擦，球?qū)Φ膲毫镕N1，球?qū)Π宓膲毫镕N2，在將板BC逐漸放至水平的過程中，下列說(shuō)法中正確的是()AFN1和FN2都增大BFN1和FN2都減小CFN1增大，F(xiàn)N2減小DFN1減小，F(xiàn)N2增大【解析解析】此為一動(dòng)態(tài)平衡問題受力情況雖有變化，但球始終處于平衡狀態(tài)方法一圖解法對(duì)球受力分析如右圖所示受重力G、墻對(duì)球的支持力FN1和板對(duì)球的支持力FN2而平衡做出FN1和FN2的合力F，它與G等大反向當(dāng)板BC逐漸放至水平的過程中，F(xiàn)N1的方向不變，大小逐漸減小，F(xiàn)N2的方向發(fā)生變化，大小也逐漸減??；如右上圖所示，由牛頓第三定律可知：FN1=FN1，F(xiàn)N2=FN2，故答案B正確方法二解析法對(duì)球受力分析如右圖所示，受重力G、墻對(duì)球的支持力FN1和板對(duì)球的支持力FN2而平衡則F=GFN1Ftan FN2F/cos 所以FN1Gtan FN2G/cos 當(dāng)板BC逐漸放至水平的過程中，逐漸減小，所以由上式可知，F(xiàn)N1減小，F(xiàn)N2也減小，由牛頓