2014年秋高中物理必修一（新人教版）：第四章第7节用牛顿运动定律解决问题(二)课时学案

第7节 用牛顿运动定律解决问题(二)
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，能解答以自由落体运动为基础的竖直方向的运动学问题(竖直上抛、竖直下抛)。
1.共点力的平衡条件：物体在力的作用下保 ( http: / / www.21cnjy.com )持 或 状态，我们就说物体处于平衡状态。物体在共点力作用下的平衡条件是 。
2.超重和失重：(1)物体对支持物的压力( ( http: / / www.21cnjy.com )或对悬挂物的拉力) 物体所受重力的现象，称为超重现象;(2)物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受重力的现象，称为失重现象;(3)条件：当物体具有 的加速度时，物体处于超重状态;具有 的加速度时，物体处于失重状态;当物体的加速度等于 时，物体好像完全没有了重力作用，即物体处于 状态。在超重、失重、完全失重物理现象中，物体所受的重力分别 、 、 。(选填“变大”“变小”或“不变”)。
3.从动力学看自由落体运动：自由落体运动是加速度的 和 都不变的匀变速直线运动，加速度之所以恒定不变，是因为物体在下落过程中所受 的大小、方向都不变。竖直上抛运动是具有 的初速度，且只在 作用下的运动，由牛顿第二定律得，竖直上抛运动的加速度 ，方向 。
1.(多选)如图4-7-1所示，在水平力 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 的作用下，重力为的物体沿竖直墙壁匀速下滑，物体与墙之间的动摩擦因数为 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) ，物体所受摩擦力大小为( )
A B. C D. QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com )
2.(单选)电梯内有一个物体，质量为m，用绳子挂在电梯的天花板上，当电梯以的加速度竖直加速下降时，细绳对物体的拉力为( )
A. B. C. D.
3.(单选)如图4-7-2所示，质量为的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上。已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) ，斜面的倾角为30°，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为( )
A.和 B.和
C.和 D.和
4.(单选)如图4-7-3甲所示，为了测量运动员跃起的高度，训练时可在弹性网上安装压力传感器，利用传感器记录弹性网的压力，并在计算机上作出压力-时间图像，假如作出的图像如图乙所示。设运动员在空中运动时可视为质点，则运动员跃起的最大高度为( QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 取10 )( )
甲 乙
图4-7-3
A.1.8 m B.3.6 m C.5.0 m D.7.2 m
5.(多选)某物体以30 m/s的初速度竖直上抛，不计空气阻力， QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 取10 。5 s内物体的( )
A.路程为65 m
B.位移大小为25 m，方向向上
C.速度改变量的大小为10 m/s
D.平均速度大小为13 m/s，方向向上
一、共点力的平衡条件
1.物体处于平衡状态有什么特点？根据牛顿第二定律说明物体若受多个共点力作用而处于平衡状态，应满足什么条件？
2.若一个物体受两个力而处于平衡状态，则这 ( http: / / www.21cnjy.com )两个力的关系如何？若一个物体受三个力而处于平衡状态，则其中一个力与另外两个力的合力间满足怎样的关系？这个结论是否可以推广到多个力的平衡？
例1 城市中的路灯、无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。图4-7-4为这类结构的一种简化模型。图中硬杆可绕通过 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重力都可忽略。如果悬挂物的重力为，，钢索对 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 点的拉力和杆对 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 点的支持力各是多大？
思考讨论：(1)钢索的受力特点如何？
(2)可绕一端转动的轻杆只在两端受力时其受力特点如何？
(3)分析钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力时，选谁为研究对象？其受力特点如何？
(4)求钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力时的解题依据是什么？
3.求钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力利用了正交分解法，还有没有其他方法？
4.利用三角形的结构悬挂安装路灯的过程中，θ为什么不能过小也不能过大？
二、超重和失重
实验：一位同学甲站在体重计上静止，另一位同学乙读出体重计的示数。注意观察在下列各种情况下，体重计的示数是否变化？如何变化？
(1)甲突然下蹲时，体重计的示数是否变化？怎样变化？
(2)甲突然站起时，体重计的示数是否变化？怎样变化？
(3)当人突然下蹲和突然站起的过程中人受到的重力是否发生变化，为什么体重计的示数发生了变化呢？
现象：
结论：
例2 如图4-7-5所示，人的质量为，当电梯以加速度 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 加速上升时，人对地板的压力是多大？
思考讨论：(1)题目要求人对地板的压力，解决问题时如何选择研究对象？
(2)研究对象受到哪些力的作用？
(3)解决问题时依据哪些规律？
(4)电梯静止时，地板对人的支持力 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 与人所受的重力相等，都等于。当电梯加速运动时，这两个力还相等吗？
拓展：(1)若电梯以加速度 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 减速下降，这时人对地板的压力又是多大？
(2)若电梯以加速度加速下降，这时人对地板的压力又是多大？
(3)若电梯以加速度 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 减速上升，这时人对地板的压力又是多大？
(4)若电梯以向下的加速度加速下降，这时人对地板的压力又是多大？
1.根据例2的分析，总结在什么条件下，人对电梯地板的压力大于重力(超重现象)？在什么条件下人对电梯地板的压力小于重力(失重现象)？
2.什么叫超重现象？什么叫失重现象？超重和失重的条件如何？
3.物体处于超重状态或失重状态时，物体受到的重力变大了还是变小了？
三、从动力学看自由落体运动
1.物体做自由落体运动的条件有哪些？
2.在第二章，我们通过实验研究了自由落体运动，知道它是加速度不变的匀变速直线运动。自由落体运动的加速度为什么不变？
例3 (2014·新课标全国Ⅱ高考)2012年10月，奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳乘气球升至约39 km的高空后跳下，经过4分20秒到达距地面约1.5 km高度处，打开降落伞并成功落地，打破了跳伞运动的多项世界纪录。取重力加速度的大小10 。
(1)若忽略空气阻力，求该运动员从静止开始下落至1.5 km 高度处所需的时间及其在此处速度的大小;
(2)实际上，物体在空气中运动时会受到空气的阻力，高速运动时所受阻力的大小可近似表示为，其中 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 为速率，为阻力系数，其数值与物体的形状、横截面积及空气密度有关。已知该运动员在某段时间内高速下落的图像如图4-7-6所示。若该运动员和所带装备的总质量，试估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数。(结果保留1位有效数字)
( http: / / www.21cnjy.com )
图4-7-6
3.(1)一个竖直向上抛出的物体为什么1.6 s时的位置反而比0.6 s时更低？
(2)以地面为坐标原点，以向下为坐标轴的正方向进行列方程、解答，并对结果进行分析说明。
(3)实际物体下落时都要受到空气阻力，在什么情况下可以忽略空气阻力的影响？
1.(多选)关于自由落体运动，下列说法中正确的是( )
A.初速度为0的竖直向下的运动是自由落体运动
B.只在重力作用下的竖直向下的运动是自由落体运动
C.自由落体运动在任意相等的时间内速度变化量相等
D.自由落体运动是初速度为0、加速度为 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 的匀加速直线运动
2.(多选)小球从空中自由下落，与水平地面相碰后弹到空中某一高度，其速度—时间图像如图4-7-7所示，则由图像可知以下说法中正确的是(取10 )( )
A.小球下落的最大速度为5 m/s
B.第一次反弹初速度的大小为3 m/s
C.小球能弹起的最大高度为0.45 m
D.小球能弹起的最大高度为1.25 m
3.(多选)一个质量为50 kg的人，站在电梯中的体重计上，当电梯以2 的加速度加速上升时，下列说法正确的是( QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 取10 )( )
A.人对体重计的压力为500 N
B.人受到的重力为500 N
C.体重计的示数为600 N
D.体重计对人的支持力为500 N
4.(多选)如图4-7-8所示，质量为的木块在推力 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 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， QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 的方向与水平方向成角斜向下。那么木块受到的滑动摩擦力为下列各值中的哪个( )
A. B.
C. D.
5.(2014·北京高考· ( http: / / www.21cnjy.com )单选)应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。对此现象分析正确的是( )
A.手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态
B.手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态
C.在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度
D.在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度
人站在体重计上，分别下蹲和起立时，观察体重计的示数的变化情况，并解释这种现象。(如图4-7-9所示)
自我检测参考答案
1.AD 2.B 3.A 4.C 5.AB
图4-7-1
图4-7-2
图4-7-4
图4-7-5
图4-7-7
图4-7-8
图4-7-9