§4.7 用牛顿定律解决问题(二)
学习目标
知识与技能
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.
过程与方法
1.培养学生的分析推理能力和实验观察能力.
2.培养学生处理三力平衡问题时一题多解的能力.
3.引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质.
情感态度与价值观
1.渗透“学以致用”的思想,有将物理知识应用于生产和生活实践的意识,勇于探究与日常生活有关的物理问题.
2.培养学生联系实际、实事求是的科学态度和科学精神.
课前预习
一.共点力平衡
(1)共点力:如果一个物体受到很多力的作用,这些力共同作用在_______或_______________,这些力叫共点力。
(2)如果一个物体在力的作用下保持_______或做_________________状态,我们就说这个物体处于平衡状态。
(3)在共点力作用下物体的平衡条件是______________。
二.超重与失重
(1)超重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_________物体所受重力的情况称为超重现象。
(2)失重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_________物体所受重力的情况称为失重现象。如果物体物体正好以大于等于_________,方向________的加速度运动,那么物体对支持物、悬挂物____________作用力,此时物体处于完全失重状态。
预习评价
A类进阶
1.若一个物体处于平衡状态,则此物体一定是( )
A.静止 B.匀速直线运动 C.速度为零 D.各共点力的合力为零
2.关于超重和失重,下列说法正确的是( )
A.超重就是物体受的重力增加了
B.失重就是物体受的重力减少了
C.完全失重就是物体一点重力都没有人
D.不论超重、失重或安全失重,物体所受的重力是不变的
3.大小不同的三个力同时作用在一个小球上,以下各组中可使小球平衡的是( )
A.2 N,3 N,6 N B.1 N,4 N,6 N
C.35 N,15 N,25 N D.5 N,15 N,25 N
4.下列说法中正确的是( )
A.只要物体向上运动,速度越大,超重部分越大
B.只要物体向下运动,物体就失重
C.只要物体具有竖直向上加速度,物体就处于超重状态,与物体运动方向和速度大小无关
D.只要物体在竖直方向运动,物体就一定处于超重或失重状态
5.某物体受到四个力的作用而处于静止状态,保持其中三个力的大小和方向均不变,使另一个大小为F的力方向转过90°,则欲使物体仍能保持静止状态,必须再加上一个大小为多少的力( )
A.F B.F C.2F D.3F
B类进阶
6.一个质量m=10 kg的圆球被沿水平方向的绳索拉着,处于光滑的斜面上,已知斜面倾角为30°,如图4-7-1所示,求绳索的拉力。(g取10 m/s2)
7.重2 kg的物体用弹簧秤挂在可竖直升降的电梯里,读数为26 N,由此可知,该物体处于________状态,电梯做_________运动,其加速度大小等于___________m/s2。(g取10 m/s2)
评价等级:【 】
课程导学
1.什么叫共点力?什么叫平衡状态?
2.共点力作用下物体平衡条件是什么?
3.应用共点力平衡条件解题的一般方法和步骤?
4.处于超重和失重状态的物体的加速度方向如何?
5.处于超重和失重状态中的物体的重力如何变化?
思维点击
难点突破
一.共点力平衡
例1.如图4-7-2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.已知木块与地面间的动摩擦因数为μ,F的方向与水平方向成θ角斜向下.那么木块受到的滑动摩擦力为下列各值的哪个
图4-7-2
A.μmg B.μ(mg+Fsinθ)
C.μ(mg-Fsinθ) D.Fcosθ
例2.如图4-7-3所示,重力为G的电灯通过两根细绳OB与OA悬挂于两墙之间,细绳OB的一端固定于左墙B点,且OB沿水平方向,细绳OA挂于右墙的A点。
1.当细绳OA与竖直方向成θ角时,两细绳OA、OB的拉力FA、FB分别是多大?
2.保持O点和细绳OB的位置,在A点下移的过程中,细绳OA及细绳OB的拉力如何变化?
3.保持O点和绳OA的位置,在B点上移的过程中,细绳OA及细绳OB的拉力如何变化?
图4-7 -3
例3. 如图4-7-4,一轻杆两端固结两个小球A、B,质量分别为m和4m,轻绳总长为L,不计滑轮摩擦,求平衡时OA、OB长各为多少?
图4-7-4
二.超重与失重
例4.关于超重和失重,下列说法中正确的是( )
处于超重状态的物体受到的重力大
在加速上升的升降机中,一物体挂在弹簧秤上,则弹簧秤的示数大于物体的重力
在减速上升的升降机中,物体处于失重状态
对静止的悬浮在空气中的气球处于完全失重状态
例5.质量为m的人站在升降机里,如果升降机运动时加速度的绝对值为a,升降机底板对人的支持力为F=mg+ma,则可能的情况是( )
升降机以加速度a向下加速运动
升降机以加速度a向上加速运动
在向上运动中,以加速度a制动
在向下运动中,以加速度a制动
例6.质量是60kg的人站在升降机的体重计上,当升降机做下列运动时,体重计的读数是多少?
(1)匀速上升; (2)以4m/s2的加速度加速上升;
(3)以3m/s2的加速度减速下降;
(4)以5m/s2的加速度加速下降;
(5)以重力加速度g加速下降。
方法与技巧展示
自我小结
自主评价
1.如图4-7-5所示,在倾角为θ的斜面上放着一个质量为m的光滑小球,球被竖直的木板挡住,则球对木板的压力大小为( )
A.mgcos B.mgtan
C. D.
2.质量为m的物块,在与水平方向成θ角的拉力作用下,在水平面上向右做匀速直线运动。已知物体与地面间动摩擦因数为μ,则物块受到滑动摩擦力大小为( )
A.μmg B.μ(mg+Fsinθ)
C.μ(mg—Fsinθ) D.F·cosθ
3.下列哪个说法是正确的( )
A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态;
B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态;
C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态;
D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态。
4.一质量为m的人站在电梯中,电梯加速上升,加速度大小为g/3,g为重力加速度。则人对电梯底部的压力为( )
A. B.2mg C.mg D.
5. 若在“神舟六号”飞船的太空实验室进行以下实验,其中不能顺利完成的是( )
A.将金粉和铜粉混合 B.将牛奶加入水中混合
C.蒸发食盐水制取食盐晶体 D.用漏斗.滤纸过滤除去水中的泥沙
6. 在“神舟”号飞船返回舱以加速度a减速下降返回地面时,若宇航员杨利伟的质量为m,其背部受到的压力为( )
A. mgcosθ B. mgcosθ+masinθ
C. m(g+a)/cosθ D.m(g-a)/cosθ
图4-7-6
7. 弹簧秤外壳质量为m0,弹簧及挂钩的质量忽略不计,挂钩吊着一重物质量为m,现用一方向竖直向上的外力F拉着弹簧秤,使其向下做匀加速直线运动,则弹簧秤的读数为( )
A.mg B.F C. D.
8.质量为m的物体用弹簧秤匀速竖直上提,弹簧秤读数为20N,放在水平桌面上在水平方向上用力拉使它匀速前进的,弹簧秤读数为2N,问用跟水平方向成30度角的力斜向上拉它匀速前进,拉力多大?(g=10m/s2)
9.一个质量是50 kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一个弹簧秤,弹簧秤下面挂着一个质量为m=5 kg的物体A,当升降机向上运动时,他看到弹簧秤的示数为40 N, g取10 m/s2,求此时人对地板的压力。
10. 表面光滑、质量不计的尖劈顶角为α=370,插在缝A、B之间,在尖劈背上加一如图压力F=100N,则尖劈对A侧的压力为多少?对B侧的压力为多少?(sin370=0.6,cos370=0.8)
图4-7-7
11. 均匀棒AB重G=8N,A端用细轻绳悬于O点.用水平力F拉棒的B端,当棒平衡时OA与竖直方向的夹角α=37°(取sin37°=0.6),如图4-7-8所示,求水平拉力F和绳OA中拉力T.?
图4-7-8
12. 如图4-7-9,重G=10N的小球,用长为l=1m的细线挂在A点,靠在半径R=1.3m的光滑大球面上.已知A点离球顶距离d=0.7m,求小球受绳的拉力和大球的支持力力各为多少
图4-7-9
自主探究
探究主题:体验超重和失重.
探究方法:选择体验的地点,比如说电梯内、台秤上等等,有条件的可以进行蹦极运动(注意安全),亲身体验超重和失重的感觉,加深对概念的理解,最好能够测量出视重并且和重力相比较,写出心得体会,同学之间相互交流活动的感受。
课件14张PPT。6.7 用牛顿运动定律解决问题(二)1. 平衡力:物体受到两个力的大小相等,方向相反,作用在同一直线上,合力为零.根据牛顿第二定律,加速度为零.
2. 物体在任何情况下都受重力作用,且G=mg与物体的运动状态无关.1. 共点力的平衡
(1) 平衡状态:物体在共点力作用下,保持 运动或 的状态.
(2) 共点力平衡条件:物体所受的合力 ,即加速度为零.
2. 超重与失重
(1) 超重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受的重力的现象叫超重.
产生超重的条件是物体具有 的加速度.
(2) 失重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受的重力的现象叫失重.
产生失重的条件是物体具有 的加速度.
(3) 完全失重:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零,此时物体加速度为 ,方向竖直向下.自我校对
1.(1)匀速直线静止 (2)为零
2.(1)大于向上 (2)小于向下 (3)重力加速度1. 若一个物体处于平衡状态,则此物体一定是 ( )
A. 静止 B. 匀速直线运动
C. 速度为零 D. 受各共点力的合力为零
【答案】 D
2. 关于超重和失重,下列说法正确的是( )
A. 超重就是物体受的重力增加了
B. 失重就是物体受的重力减少了
C. 完全失重就是物体一点重力都没有了D. 不论超重、失重或完全失重,物体所受的重力是不变的
【解析】超重和失重只是视重的变化,物体本身的重力不变.
【答案】 D
3. 大小不同的三个力同时作用在一个小球上,以下各组中可使小球平衡的是( )
A. 2 N,3 N,6 N B. 1 N,4 N,6 N
C. 35 N,15 N,25 N D. 5 N,15 N,25 N
【解析】使物体平衡必须合外力为0.
【答案】 C有人说“超重是指物体的重力增大,失重就是物体的重力减小”,你认为这种说法对吗?超重与失重只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)增大或减小,是“视重”的改变,无论是超重还是失重,物体所受的重力都没有变化,因此这种说法错误.一、共点力作用下物体的平衡
1. 物体的平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态,物体处于平衡状态的条件是合外力为零,物体的加速度为零.
2. 平衡条件的推论(1) 物体在几个共点力作用下平衡,则在任一方向上物体所受的合外力也为零,如果把物体所受的各个力进行正交分解,则共点力作用下物体的平衡可表示为Fx合=0,Fy合=0.
(2) 物体受三个力作用而平衡,则任意两个力的合力与第三个力必等大反向.
(3) 物体在几个共点力作用下平衡,则其中任意一个力与其余的力的合力总是等大、反向、作用在一条直线上.
例1如右图所示,质量为m,横截面为直角三角
形的物块ABC,∠ABC=α,AB也靠在竖直墙
面上,F是垂直于斜面BC的推力.现物块静止
不动,则摩擦力的大小是多少?
【点拨】物块静止不动,意味着物块与墙面之
间的作用力为静摩擦力,只能根据共点力平衡
条件求解.【解析】物体在垂直于斜面BC的推力F的作用下处于平衡状态,物体有向下滑的趋势,它所受的静摩擦力向上,利用正交分解法求解.选物块为研究对象,受力分析如图所示.建立如图坐标系,F沿x轴、y轴的两分力为Fx=Fcos α,Fy=Fsin α,物块静止不动,则FN=Fx,f=Fy+mg=mg+Fsin α.
即摩擦力为mg+Fsin α.1. 如图所示,人重600 N,木块重400 N,人与木块、木块与水平面间的动摩擦因数均为0.2,现人用水平力拉绳,使他与木块一起向右匀速运动,则( )A. 人拉绳的力是200N
B. 人拉绳的力是100N
C. 人的脚给木块的摩擦力向右
D. 人的脚给木块的摩擦力向左
【解析】对整体而言,地面对木块的摩擦力为Ff=μFN=
1 000×0.2 N=200 N,故人拉绳的力只需100N,该力小于人和木块之间的最大静摩擦力.
【答案】 BC二、超重和失重
1. 视重:当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”,大小等于秤所受的拉力或压力.
2. 视重、失重和超重的关系3. 物体处于超重还是失重状态与速度方向无关,可直接根据加速度的方向来判断.
4. 不管是超重还是失重状态,物体的重力都不会变化.
例2举重运动员在地面上能举起120 kg的重物,在运动着的升降机中只能举起100 kg的重物,求升降机运动的加速度.若在以a=2.5 m/s2的加速度加速下降的升降机内,此人能举起质量多大的重物?(g取10 m/s2)
【点拨】本题关键是理解举重运动员向上的支撑力不会因为发生超重和失重现象而发生变化.
【解析】运动员在地面上能举起120 kg的重物,则运动员向上的最大支撑力为F=m1g=120×10 N=1 200 N.
在升降机中只能举起100 kg的重物,可见物体超重了,升降机应具有向上的加速度,则由牛顿第二定律得F-m2g=m2a1,得出a1= m/s2=2 m/s2.
当升降机以加速度a=2.5 m/s2下降时,物体处于失重状态,
由牛顿第二定律得m3g-F=m3a,得出
m3= kg=160 kg.
故升降机的加速度为2 m/s2;能举起质量为160 kg的重物.2. 一名儿童站在妈妈单位的电梯内,准备去妈妈的办公室.随身带了一玩具车,他用一弹性细绳轻拉玩具车时,玩具车并没有动.正当他不想拉车要拿起车的时候,却发现自己的玩具车突然自己动了起来.此时电梯也到达了他妈妈工作的楼层,请问他是在上楼还是下楼(已知电梯原来是匀速运动的)( )
A.正在减速上楼 B. 正在减速下楼
C. 还在匀速运动 D. 无法判断
【解析】原来玩具车处于平衡状态,现在车被拉动,表明摩擦力减小了,因此压力减小了,物体处于失重状态,加速度的方向向下.又知他到达了目的地,说明电梯要停下来,所以只能是减速上升.
【答案】 A 超重和失重并不是重力变大或变小,而是物体对支持物的压力或对悬绳的拉力大于或小于物体的重力,其最直接的判断方法就是分析物体运动的加速度方向.只要物体具有竖直向上的加速度,物体就处于超重状态;只要物体具有竖直向下的加速度,物体就处于失重状态.没有弄清超重和失重的实质,对运动过程不能实事求是地分析,是求解超重和失重问题常出现的错误.
【例】某人站在一台秤上,在此人迅速下蹲的过程中,台秤的读数( )
A. 先变大后变小,最后等于人的重力
B. 一直变大,最后等于人的重力
C. 先变小后变大,最后等于人的重力
D. 一直变小,最后等于人的重力【错解】因为人由静止加速下蹲,故人处于失重状态,台秤的读数一直变小,最后等于人的重力,故选D.
【剖析】本题极易出现这样的错误,即只看到了前半段向下加速的下蹲运动,而漏掉了后半段的减速运动.试想一下,如果只有向下的加速运动,最后怎么会停下呢?所以认真准确地分析过程是解题的关键.
【正解】因为人由静止开始下蹲直到蹲下,经历了先加速后减速的过程,故台秤的读数应该先变小后变大,最后等于人的重力,故应选C.4.7用牛顿运动定律解决问题(二)
教材分析
牛顿运动定律是经典力学的基础,它在科学研究和生产技术中有着广泛的应用.上一节课主要是以理论的分析为主,研究如何根据已知运动情况求解物体的受力情况和已知受力情况求解物体的运动情况.本节课是从应用角度学习牛顿运动定律,举例说明了牛顿运动定律的两个具体应用.物体的平衡是物体加速度为零的一种特殊情况,分析物体平衡时应该紧紧地抓住这一点,主要利用力的分解知识列出方程进行求解,主要用到的方法是力的正交分解和建立直角坐标系.超重和失重研究的是在竖直方向上物体的受力情况和物体运动情况的关系,要注意引导学生区别视重和实际重力.了解加速下落和减速上升其实加速度的方向是一样的.
教学目标
知识与技能
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.
过程与方法
1.培养学生的分析推理能力和实验观察能力.
2.培养学生处理三力平衡问题时一题多解的能力.
3.引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质.
情感态度与价值观
1.渗透“学以致用”的思想,有将物理知识应用于生产和生活实践的意识,勇于探究与日常生活有关的物理问题.
2.培养学生联系实际、实事求是的科学态度和科学精神.
教学重点
1.共点力作用下物体的平衡条件及应用.
2.发生超重、失重现象的条件及本质.
教学难点
1.共点力平衡条件的应用.
2.超重、失重现象的实质.正确分析受力并恰当地运用正交分解法.
教学过程
[新课导入]
师:上一节课中我们学习了用牛顿运动定律解决问题的两种方法,根据物体的受力情况确定物体的运动情况和根据物体运动情况求解受力情况.这一节我们继续学习用牛顿运动定律解题.
师:我们常见的物体的运动状态有哪些种类?
生:我们常见的运动有变速运动和匀速运动,最常见的是物体静止的情况.
师:如果物体受力平衡,那么物体的运动情况如何?
生:如果物体受力平衡的话,物体将做匀速直线运动或静止,这要看物体的初速度情况.
[新课教学]
一、共点力的平衡条件
师:那么共点力作用下物体的平衡条件是什么?
生:因为物体处于平衡状态时速度保持不变,所以加速度为零,根据牛顿第二定律得:物体所受合力为零.
师:同学们列举生活中物体处于平衡状态的实例.
生1:悬挂在天花板上的吊灯,停止在路边的汽车,放在地面上的讲桌以及放在讲桌上的黑板擦等等.
生2:竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间.
师:大家讨论一下竖直上抛的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态.
学生讨论,回答提问
生1:竖直上抛的最高点物体应该处于平衡状态,因为此时物体速度为零.
生2:我不同意刚才那位同学的说法,物体处于平衡状态指的是物体受合力为零的状态,并不是物体运动速度为零的位置.处于竖直上抛最高点的物体只是在瞬间速度为零,它的速度立刻就会发生改变,所以不能认为处于平衡状态.
师:刚才的同学分析得非常好,大家一定要区分到底是速度为零还是合外力为零时物体处于平衡状态,经过讨论分析我们知道应该是合外力为零时物体处于平衡状态.为了加深同学们对这个问题的理解,我们通过一个例子来进一步探究物体的平衡是怎样进行研究的.
多媒体投影课本中的例题、三角形的悬挂结构及其理想化模型
师:轻质细绳中的受力特点是什么?
生:轻质细绳中的受力特点是两端受力大小相等,内部张力处处相等.
师:节点O的受力特点是什么?
生:节点O的受力特点是一理想化模型,所受合外力为零.
师:我们分析的依据是什么?
生:上面的分析借助牛顿第二定律进行,是牛顿第二定律中合力等于零的特殊情况.
师:同学们把具体的解答过程写出来.
投影学生的解答过程
解答:如图4-7-1所示,F1、F2、F3三个力的合力为零,表示这三个力在x方向的分矢量之和及y轴方向的分矢量之和也都为零,也就是:
图4-7-1
F2-F1cosθ=0
F1sinθ-F3=0
由以上两式解出钢索OA受到的拉力F1
F1==
硬杆OB的支持力F2
F2=F1cosθ=
师:在这个同学解题的过程中,他采用的是什么方法?
生:正交分解法:将其中任意一个力沿其余两个力的作用线进行分解,其分力必然与其余两个力大小相等.
师:除了这种方法之外,还有没有其他的方法?
生1:可以用力的合成法,任意两个力的合力与第三个力大小相等,方向相反.
生2:也可以用三角形法,将其中任意两个力进行平移,使三个力首尾依次连接起来,应构成一闭合三角形.
师:总结:处理多个力平衡的方法有很多,其中最常见的就是刚才几位同学分析的这三种方法,即正交分解法、力的合成法和三角形定则.这几种方法到底采用哪一种方法进行分析就要看具体的题目,在实际操作的过程中大家可以灵活掌握.
【课堂训练】
如图4-7-2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.已知木块与地面间的动摩擦因数为μ,F的方向与水平方向成θ角斜向下.那么木块受到的滑动摩擦力为下列各值的哪个
图4-7-2
A.μmg B.μ(mg+Fsinθ)
C.μ(mg-Fsinθ) D.Fcosθ
解析:物体受力如图4-7-3所示,水平方向有f=Fcosθ,故D正确.竖直方向有FN=Fsinθ+G,由于匀速运动,f=μFN=μ(Fsinθ+G),故选项B正确.点评:要注意问题的多解性.
图4-7-3
答案:BD
二、超重和失重
【学生实验】
一位同学甲站在体重计上静止,另一位同学说出体重计的示数.注意观察接下来的实验现象.
学生活动:观察实验现象,分析原因
师:甲突然下蹲时,体重计的示数是否变化?怎样变化?
生:体重计的示数发生了变化,示数变小了.
师:甲突然站起时,体重计的示数是否变化?怎样变化?
生:体重计的示数发生了变化,示数变大.
师:当人下蹲和突然站起的过程中人受到的重力并没有发生变化,为什么体重计的示数发生了变化呢?
生:这是因为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相等,而实际上体重计测量的是人对体重计的压力,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,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.
这位同学分析得非常好,我们把物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力叫做物体的视重,当物体运动状态发生变化时,视重就不再等于物体的重力,而是比重力大或小.大家再看这样一个问题:
多媒体投影例题:人站在电梯中,人的质量为m.如果当电梯以加速度a加速上升时,人对地板的压力为多大?
学生思考解答
生1:选取人作为研究对象,分析人的受力情况:人受到两个力的作用,分别是人的重力和电梯地板对人的支持力.由于地板对人的支持力与人对地板的压力是一对作用力与反作用力,根据牛顿第三定律,只要求出地板对人的支持力就可以求出人对地板的压力.
生2:取向上为正方向,根据牛顿第二定律写出支持力F、重力G、质量m、加速度a的方程F-G=ma,由此可得:F=G+ma=m(g+a)
人对地板的压力F′与地板对人的支持力大小相等,即F′=m(g+a)
由于m(g+a)>mg,所以当电梯加速上升时,人对地板的压力比人的重力大.
师:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体受到的重力的现象称为超重现象.物体处于超重现象时物体的加速度方向如何呢?
生:物体的加速度方向向上.
师:当物体的加速度方向向上时,物体的运动状态是怎样的?
生:应该是加速上升.
师:大家看这样一个问题:
投影展示:人以加速度a减速下降,这时人对地板的压力又是多大?
学生讨论回答
生1:此时人对地板的压力也是大于重力的,压力大小是:F=m(g+a).
生2:加速度向上时物体的运动状态分为两种情况,即加速向上运动或减速向下.
师:大家再看这样几个问题:
【投影展示】
1.人以加速度a加速向下运动,这时人对地板的压力多大?
2.人随电梯以加速度a减速上升,人对地板的压力为多大?
3.人随电梯向下的加速度a=g,这时人对地板的压力又是多大?
师:这几种情况物体对地板的压力与物体的重力相比较哪一个大?
生:应该是物体的重力大于物体对地板的压力.
师:结合超重的定义方法,这一种现象应该称为什么现象?
生:应该称为失重现象.当物体对支持物的压力和对悬挂物的拉力小于物体重力的现象称为失重.
师:第三种情况中人对地板的压力大小是多少?
生:应该是零.
师:我们把这种现象叫做完全失重,完全失重状态下物体的加速度等于重力加速度g.
师:发生超重和失重现象时,物体实际受的重力是否发生了变化?
生:没有发生变化,只是物体的视重发生了变化.
师:为了加深同学们对完全失重的理解,我们看下面一个实验,仔细观察实验现象.
课堂演示实验:取一装满水的塑料瓶,在靠近底部的侧面打一小孔,让其做自由落体运动.
生:观察到的现象是水并不从小孔中喷出,原因是水受到的重力完全用来提供水做自由落体运动的加速度了.
师:现在大家就可以解释人站在台秤上,突然下蹲和站起时出现的现象了.
课堂小结
本节课是牛顿运动定律的具体应用,分别是两种特殊情况,一种是物体受合力为零时物体处于平衡状态时的分析,应该注意三力合成与多力合成的方法,注意几种方法的灵活运用,另一种情况就是物体在竖直方向上做变速运动时超重和失重现象.对于这两种现象,我们应该注意以下几个问题:物体处于“超重”或“失重”状态,并不是说物体的重力增大了或减小了(甚至消失了),地球作用于物体的重力始终是存在的且大小也无变化.即使是完全失重现象,物体的重力也没有丝毫变大或变小.当然,物体所受重力会随高度的增加而减小,但与物体超、失重并没有联系.超(失)重现象是指物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于(小于)重力的现象.
“超重”“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关,只决定于物体的加速度方向.