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1、用牛頓運動定律解決問題（二） 教學(xué)目標能運用牛頓運動定律解答較復(fù)雜的問題知道什么是物體處于平衡狀態(tài)。知道在共點力作用下物體的平衡條件，即合力為零知道物理學(xué)中超重和失重現(xiàn)象的含義，能通過牛頓定律對它們進行定量地分析，并能分析和說明一些簡單的相關(guān)問題能解答以自由落體運動為基礎(chǔ)的豎直方向的運動學(xué)問題（豎直上拋、豎直下拋等）。 教學(xué)重點教學(xué)難點共點力作用下物體的平衡條件及應(yīng)用發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及本質(zhì)共點力平衡條件的應(yīng)用超重、失重現(xiàn)象的實質(zhì) 物體處于平衡狀態(tài)有什么特點？物體若受多個共點力作用而處于平衡狀態(tài)，應(yīng)滿足什么條件？物體處于平衡狀態(tài)的特點是：運動狀態(tài)不發(fā)生變化，加速度為0。根據(jù)牛頓第二定律F
2、=ma，當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時，加速度為0，因而物體若受多個共點力作用而處于平衡狀態(tài)，應(yīng)滿足物體所受的合力F=0。共點力作用下物體的平衡條件是所受合力為0 若一個物體受兩個力而處于平衡狀態(tài)，則這兩個力的關(guān)系如何？二力平衡：物體受兩個力而處于平衡狀態(tài)時，這兩個力的關(guān)系是等大、反向，且作用在同一條直線上。 若一個物體受三個力而處于平衡狀態(tài)，則其中一個力與另外兩個力的合力間滿足怎樣的關(guān)系？三個力平衡：物體受三個力作用而處于平衡狀態(tài)時，可將其中的任意兩個力合成，則這兩個力的合力與另一個力的關(guān)系是大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上。 以上結(jié)論是否可以推廣到多個力的平衡？推而廣之，多個力的平衡，若物體
3、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余力的合力大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上。 共點力的平衡條件平衡狀態(tài)：靜止或勻速直線運動狀態(tài)平衡條件：F合0(或加速度a0)平衡條件的四個推論二力作用平衡時，二力等大、反向三力作用平衡時，任意兩力的合力與第三個力等大、反向多力作用平衡時，任意一個力與其他所有力的合力等大、反向物體處于平衡狀態(tài)時，沿任意方向上分力之和均為零 共點力的平衡條件城市中的路燈、無軌電車的供電線路等，經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛。如圖為這類結(jié)構(gòu)的一種簡化模型。圖中硬桿OB可以繞通過B點且垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)動，鋼索和桿的重量都可以忽略。如果懸掛物的重量是G，角AO
4、B等于，鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力各是多大？輕質(zhì)細繩中的受力特點如何？輕質(zhì)細繩中的受力特點：兩端受力大小相等，內(nèi)部張力處處相等?？衫@一端轉(zhuǎn)動的輕桿只在兩端受力時其受力特點如何？可繞一端轉(zhuǎn)動的輕桿只在兩端受力時，只能沿桿的方向發(fā)生形變，于是其彈力必然沿桿的方向，且大小相等。 共點力的平衡條件城市中的路燈、無軌電車的供電線路等，經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛。如圖為這類結(jié)構(gòu)的一種簡化模型。圖中硬桿OB可以繞通過B點且垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)動，鋼索和桿的重量都可以忽略。如果懸掛物的重量是G，角AOB等于，鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力各是多大？分析鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支
5、持力選誰為研究對象？其受力特點如何？選O點為研究對象，O點其實是三角形框架的一部分的抽象，它的平衡能反映出整個框架的平衡情況，它恰是共點力的作用點求鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力時的解題依據(jù)是什么？依據(jù)是共點力作用下的平衡條件是合力為零節(jié)點O也是一理想化模型 共點力的平衡條件城市中的路燈、無軌電車的供電線路等，經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛。如圖為這類結(jié)構(gòu)的一種簡化模型。圖中硬桿OB可以繞通過B點且垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)動，鋼索和桿的重量都可以忽略。如果懸掛物的重量是G，角AOB等于，鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力各是多大？解：如圖，F(xiàn)1、F2、F3三個力的合力為0，表示這三個力在x
6、方向的分矢量之和及y方向的分矢量之和也都為0。也就是解出鋼索OA的拉力F 1和硬桿OB的支持力F2F2-F1cos=0 F1sin-F3=0 0時，sin0，tan0，F(xiàn)1、F2，對材料的強度要求很高故鋼索的固定點不能距B太近但A點過高則材料消耗過多，所以要結(jié)合具體情況適當(dāng)選擇角 共點力的平衡條件求鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力利用了正交分解法，還有沒有其他方法？解：由平衡條件可知F1、F2的合力與F3等大、反向受力情況如圖所示，即F=F3=G由力的矢量三角形的邊角關(guān)系知： 共點力的平衡條件舉重是中國代表團在奧運會上重要的奪金項目。在舉重比賽中，運動員舉起杠鈴時必須使杠鈴平衡一定時
7、間，才能被裁判視為挺（或抓）舉成功。運動員可通過改變兩手握桿的距離來調(diào)節(jié)舉起時雙臂的夾角。若雙臂夾角變大，則下面關(guān)于運動員保持杠鈴平衡時手臂用力大小變化的說法正確的是（）A不變 B減小C增大D不能確定C 共點力平衡條件的反思豎直上拋運動的物體到達最高點的瞬間是否處于平衡狀態(tài)？豎直上拋運動的物體到達最高點的瞬間，速度等于零速度等于零時，物體一定處于平衡狀態(tài)嗎？不一定。當(dāng)物體某一瞬間的速度為零時，但速度要發(fā)生變化，即加速度不為零時，就不是平衡狀態(tài)。 問題與練習(xí)在光滑墻壁上用網(wǎng)兜把足球掛在A點，足球與墻壁的接觸點為B（如圖所示）。足球的質(zhì)量為m，懸繩與墻壁的夾角為，網(wǎng)兜的質(zhì)量不計。求懸繩對球的拉力和
8、墻壁對球的支持力。選足球為研究對象，因為足球靜止，即處于平衡狀態(tài)，所以，足球所受的三個共點力的合力為零，于是可認為F1與G的合力與F2大小相等、方向相反。由圖可得： 如圖所示，物體在五個共點力的作用下保持平衡。如果撤去力F1，而保持其余四個力不變，請在圖上畫出這四個力的合力的大小和方向。問題與練習(xí)其余四個力的合力與F1大小相等、方向相反 重物重1N當(dāng)重物加速上升時，彈簧示數(shù)大于1N視重物重當(dāng)重物加速下降時，彈簧示數(shù)小于1N視重物重當(dāng)重物加速下降時，秤示數(shù)小于其靜止質(zhì)量視重mg 失重和超重的原理人隨電梯以加速度a(ag)勻減速上升，人對地板的壓力為多大？以加速度a勻減速上升，因為減速，所以加速度
9、方向與速度反向，物體是上升的，所以加速度方向也是向下的。有mg-N=ma N=mg-mamg 失重和超重的原理人隨電梯以加速度a(ag)勻加速下降，人對地板的壓力為多大？mg-N=ma N=mg-mamg以加速度a勻加速下降，因為加速，所以加速度方向與速度同向，物體是下降的，所以加速度方向也是向下的。有 失重和超重的原理人以加速度a勻減速下降，這時人對地板的壓力又是多大？以加速度a勻減速下降，因為減速，所以加速度方向與速度反向，物體是下降的，所以加速度方向是向上的。有N-mg=ma N=ma+mgmg 超重和失重現(xiàn)象的產(chǎn)生條件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
10、現(xiàn)象？加速上升勻減速上升勻加速下降勻減速下降Nmg Nmg Nmg Nmg物體具有向上的加速度時，將發(fā)生超重現(xiàn)象物體具有向下的加速度時，將發(fā)生失重現(xiàn)象超重還是失重由加速度方向決定，與 速度方向無關(guān) 完全失重人隨電梯以加速度g勻加速下降，這時人對地板的壓力又是多大？當(dāng)電梯對人沒有支持力時，人只受重力，加速度大小為g，做的是自由落體運動。mg-N=mgN=mg-mg=0 完全失重定義：如果物體正好以大小等于g方向豎直向下的加速度做勻變速運動，這時物體對支持物、懸掛物完全沒有作用力，好像完全沒有了重力作用，這種狀態(tài)是完全失重。在完全失重狀態(tài)下由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會完全消失。完全失重的條件：物體
11、只在重力作用下運動，與運動方向無關(guān)。 超重和失重的反思人隨電梯能以加速度a(ag)勻加速下降嗎？人隨電梯加速下降時mg-N=ma0mg-Nmg0ag不能 超重和失重的反思發(fā)生超重和失重現(xiàn)象時，物體實際受的重力是否發(fā)生了變化？物體在超重和失重過程中所受到的重力并沒有變化，“超重”并不意味著重力增大，“失重”也不代表重力減小，“完全失重”也不是說物體的重力完全消失了。超重和失重僅僅是物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生變化。其實物體的重力依然存在，且并不發(fā)生變化。 問題與練習(xí)在飲料瓶的下方戳一個小孔，瓶中灌水，手持飲料瓶，小孔中有水噴出。放手讓瓶自由下落，觀察噴水的變化。解釋這個現(xiàn)象。當(dāng)瓶子自由
12、下落時，水不會從小孔噴出。因為在下落過程中，瓶中的水所受合力為零（內(nèi)外大氣壓相同），即處于完全失重狀態(tài)，故水不會流出 應(yīng)用牛頓第二定律解決超重與失重問題的方法解決加速度不在豎直方向上的問題的方法超重和失重的應(yīng)用 用牛二解決超重和失重問題小星家住十八樓，每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯上下樓。上學(xué)時在電梯里，開始他總覺得有種“飄飄然”的感覺，背的書包也感覺變“輕”了?？斓綐堑讜r，他總覺得自己有種“腳踏實地”的感覺，背的書包也似乎變“重”了。為了研究這種現(xiàn)象，小星在電梯里放了一臺臺秤如圖所示。設(shè)小星的質(zhì)量為50kg，g取10m/s。求下列情況中臺秤的示數(shù)。(1)當(dāng)電梯以a2m/s的加速度勻加速上升選
13、向上為正方向根據(jù)牛頓第二定律：F N1-mg=ma得：FN1=mg+ma=600N mgFN1 va 用牛二解決超重和失重問題小星家住十八樓，每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯上下樓。上學(xué)時在電梯里，開始他總覺得有種“飄飄然”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“腳踏實地”的感覺，背的書包也似乎變“重”了。為了研究這種現(xiàn)象，小星在電梯里放了一臺臺秤如圖所示。設(shè)小星的質(zhì)量為50kg，g取10m/s。求下列情況中臺秤的示數(shù)。(2)當(dāng)電梯以a2m/s的加速度勻減速上升選向下為正方向根據(jù)牛頓第二定律：mg-F N2=ma得FN2=mg-ma=400N mgFN2 va 用牛二解決
14、超重和失重問題小星家住十八樓，每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯上下樓。上學(xué)時在電梯里，開始他總覺得有種“飄飄然”的感覺，背的書包也感覺變“輕”了?？斓綐堑讜r，他總覺得自己有種“腳踏實地”的感覺，背的書包也似乎變“重”了。為了研究這種現(xiàn)象，小星在電梯里放了一臺臺秤如圖所示。設(shè)小星的質(zhì)量為50kg，g取10m/s。求下列情況中臺秤的示數(shù)。(3)當(dāng)電梯以a2m/s的加速度勻加速下降選向下為正方向根據(jù)牛頓第二定律：mg-F N3=ma得：FN3=mg-ma=400N mgFN3 va 用牛二解決超重和失重問題小星家住十八樓，每天上學(xué)放學(xué)均要乘垂直升降電梯上下樓。上學(xué)時在電梯里，開始他總覺得有種“飄飄然”
15、的感覺，背的書包也感覺變“輕”了?？斓綐堑讜r，他總覺得自己有種“腳踏實地”的感覺，背的書包也似乎變“重”了。為了研究這種現(xiàn)象，小星在電梯里放了一臺臺秤如圖所示。設(shè)小星的質(zhì)量為50kg，g取10m/s。求下列情況中臺秤的示數(shù)。(4)當(dāng)電梯以a2m/s的加速度勻減速下降選向上為正方向根據(jù)牛頓第二定律：F N4-mg=ma得：FN4=mg+ma=600N FN3 va 用牛二解決超重和失重問題如圖所示為一物體隨升降機由一樓運動到某高層的過程中的v-t圖象，則()A物體在02s內(nèi)處于失重狀態(tài)B物體在2s8s內(nèi)處于超重狀態(tài)C物體在8s10s內(nèi)處于失重狀態(tài)D由于物體的質(zhì)量未知，所以無法判斷超重、失重狀態(tài)。
16、C加速度豎直向上：超重加速度豎直向下：失重加速 加速度向上超重勻速加速度為0正常減速加速度向下失重 判斷超重、失重狀態(tài)的方法從受力的角度判斷超重：物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力失重：物體所受向上的拉力(或支持力)小于重力完全失重：物體所受向上的拉力(或支持力)等于零從加速度的角度判斷超重：物體具有豎直向上的加速度失重：物體具有豎直向下的加速度完全失重：物體具有豎直向下的加速度，且加速度大小等于g 物體做自由落體運動的條件有哪些？物體做自由落體運動的條件有：第一，物體是從靜止開始下落的，即運動的初速度為0。第二，運動過程中，它只受重力的作用。 在第二章，我們通過實驗研究了自由落體運動，知
17、道它是加速度不變的勻變速直線運動。自由落體運動的加速度為什么不變？物體運動的加速度與它受的合力成正比，加速度的方向與合力的方向相同。F=ma物體做自由落體運動時只受重力作用，而且重力的大小、方向都不變，所以物體加速度的大小、方向也是恒定的。 以10m/s的速度從地面豎直向上拋出一個物體，空氣的阻力可以忽略，分別計算0.6、1.6s后物體的位置（取g=10m/s）從動力學(xué)看自由落體運動這個物體是不是做自由落體運動？不是自由落體運動，但與自由落體相似物體在運動過程中受哪些力的作用？加速度的大小和方向是否發(fā)生變化？它在運動過程中只受到重力的作用，因此它的加速度也是g，大小、方向都不變物體做什么性質(zhì)的
18、運動？利用什么規(guī)律解決問題？這個物體在豎直方向做勻變速直線運動，可以應(yīng)用勻變速直線運動的規(guī)律 從動力學(xué)看自由落體運動以10m/s的速度從地面豎直向上拋出一個物體，空氣的阻力可以忽略，分別計算0.6、1.6s后物體的位置（取g=10m/s）解：以地面為原點，豎直向上建立坐標軸（如圖）。初速度的方向與坐標軸的方向一致，取正號，加速度的方向向下，與坐標軸的方向相反，取負號v0=10m/sa=-g=-10m/st 1=0.6st2=1.6s 從動力學(xué)看自由落體運動以10m/s的速度從地面豎直向上拋出一個物體，空氣的阻力可以忽略，分別計算0.6、1.6s后物體的位置（取g=10m/s）解：根據(jù)勻變速直線
19、運動的位移與時間的關(guān)系可以得到拋出0.6s后物體位于地面以上4.2m的位置，1.6s后位于地面以上3.2m的位置=4.2m =3.2m 從動力學(xué)看自由落體運動一個豎直向上拋出的物體為什么1.6s時的位置反而比0.6s時更低？豎直向上拋出的物體不會永遠向上運動。由于重力的作用，它的加速度向下，與速度方向相反，運動越來越慢，速度逐漸變?yōu)?。但是，物體不可能停在空中，它隨即就會向下運動。盡管向下運動與向上運動的速度方向不同，但受力情況完全相同，所以兩個運動階段的加速度（大小、方向）也應(yīng)該相同，仍是常量g。1.6s時的位置，就是物體到達最高點后返回過程中所處的位置 從動力學(xué)看自由落體運動將一個物體以初
20、速度20m/s豎直向上拋出，忽略空氣阻力，求物體到達距拋出點上方15m處時所用的時間(g取10m/s)可能在上升過程中到達該位置；也可能下落過程中到達該位置研究全過程：以初速度方向為正其中v 0=20m/s，h=15m帶入得t1=1s，t2=3s解： 從動力學(xué)看自由落體運動一種巨型娛樂器械可以使人體驗超重和失重。一個可乘十多個人的環(huán)形座艙套裝在豎直柱子上，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，制動系統(tǒng)啟動，到地面時剛好停下。已知座艙開始下落時的高度為76m，當(dāng)落到離地面28m的位置時開始制動，座艙均勻減速。若座艙中某人用手托著重50N的鉛球，當(dāng)座艙落到離地面50m的位置
21、時，手的感覺如何？當(dāng)座艙落到離地面15m的位置時，手要用多大的力才能托住鉛球？當(dāng)座艙離地面50m的位置時，升降機是自由落體運動狀態(tài)，人和手中的鉛球都處于完全失重狀態(tài)，即球隊手無作用力(手沒有受壓力的感覺)當(dāng)座艙離地面15m的位置時，座艙作勻減速運動，大小為 方向向上。所以，手對鉛球的作用力為：F=ma+mg=135N 小結(jié)受力特點初速度及加速度受力圖特點勻加速直線運動物體拋出后只受重力作用，由牛頓第二定律知，ag v0=0，a=g具有豎直向上的初速度，ag全過程看做是勻變速直線運動從動力學(xué)的角度看自由落體運動和豎直上拋運動運動形式自由落體運動豎直上拋運動 總結(jié)共點力的平衡條件平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)的特點平衡條件靜止狀態(tài)勻速直線運動速度不發(fā)生變化(v=0或v=常數(shù))加速度a0合外力為0 F 合=0Fx=0Fy=0 總結(jié)超重和失重分析特征狀態(tài)加速度a視重(F)與重力(mg)的關(guān)系運動情況受力圖平衡超重失重a0方向向上方向向下FmgFm(ga)mgFm(ga)靜止或勻速直線運動向上加速，向下減速向下加速，向上減速
人教版高中物理必修一 4.7用牛頓運動定律解決問題(二)(共49張PPT)
