高中物理人教版必修1课件：第4章 7用牛顿运动定律解决问题(二)44张PPT

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第四章
7　用牛顿运动定律解决问题(二)
※ 知道平衡状态，理解共点力作用下物体的平衡条件
※※ 会用共点力的平衡条件解决简单的平衡问题
※ 知道超重、失重现象，理解产生超重和失重现象的原因
※※ 能用牛顿定律解决有关超重和失重问题
课 前 预 习
1．共点力：物体同时受几个力作用，如果这几个力作用在物体的__________，或者它们的作用线____________，那么这几个力就叫共点力。
2．平衡状态：一个物体在力的作用下，保持______或______________状态，则该物体处于平衡状态。
3．平衡条件：共点力作用下物体的平衡条件是__________，即F合＝0。
共点力作用下物体的平衡
同一点
交于一点
静止
匀速直线运动
合力为零
1．视重：所谓“视重”是指人由弹簧秤等量具上所________的读数。
2．超重
(1)定义：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。
(2)产生条件：物体具有____________的加速度。
超重和失重
看到
大于
竖直向上
3．失重
(1)定义：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。
(2)产生条件：物体具有____________的加速度。
(3)完全失重
①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)__________的状态。
②产生条件：a＝___，方向__________。
小于
竖直向下
等于零
g
竖直向下
1．受力情况：运动过程中只受_______作用，且重力恒定不变，所以物体的__________恒定。
2．运动情况：初速度为______的竖直向下的________直线运动。
从动力学看自由落体运动
重力
加速度
零
匀加速
『判一判』
(1)处于平衡状态的物体一定处于静止状态。(　　)
(2)加速度为零时，物体一定处于平衡状态。(　　)
(3)物体向上运动时一定处于超重状态。(　　)
(4)物体减速向下运动时处于失重状态。(　　)
(5)物体处于失重状态时重力减小了。(　　)
×
√
×
×
×
B


解析：由于返回舱减速下降，故加速度向上，处于超重状态，故A错误，B正确；物体受重力和拉力的作用而竖直向下减速运动，故合力不为零，返回舱所受重力与绳子对它的作用力的合力不是一对平衡力，也不是一对作用力和反作用力，故C、D错误，故选B。
答案：乙说的对。
解析：此时宇航员只受地球的引力作用，有指向地球的加速度，故处于失重状态。
课 内 探 究
如图所示，甲图中的石头受到几个力的作用而处于静止状态；乙图中的飞机做水平方向的匀速直线运动。试结合上述现象讨论：处于平衡状态的物体有什么特点？物体若受多个共点力保持平衡，应满足什么条件？
探究一 共点力作用下物体的平衡
提示：处于平衡状态的物体，其运动状态不发生变化，加速度为0；共点力作用下物体的平衡条件是合力为0。
3．解题方法
(1)合成法：对于三个共点力的平衡，一般根据“任意两个力的合力与第三个力等大、反向”的关系，结合三角函数、相似三角形等知识求解。
(2)分解法：对于三个共点力的平衡，也可将某一个力分解到另外两个力的反方向上，得到的这两个分力必定与另外两个力等大、反向。
(3)正交分解法：物体受多个共点力的作用处于平衡状态时，可以建立适当的坐标系，利用正交分解法求出x轴和y轴方向上的合力，应用Fx合＝0，Fy合＝0列式求解。
(4)三角形法：当三个共点力平衡时，三个力可以构成首尾相连的矢量三角形，这种方法一般用来讨论动态平衡问题较为方便。
解题指导：足球处于三力平衡状态，可以应用分解法、合成法或正交分解法等方法求解。
解析：取足球作为研究对象，它共受到三个力的作用。重力G＝mg，方向竖直向下；墙壁的支持力F1，方向水平向右；悬绳的拉力F2，方向沿绳的方向。
这三个力一定是共点力，重力的作用点在球心O点，支持力F1沿球的半径方向。G和F1的作用线必交于球心O点，则F2的作用线必过O点。既然是三力平衡，可以根据任意两力的合力与第三力等大、反向求解，可以据力三角形求解，也可用正交分解法求解。
解法4用正交分解法求解
取足球作为研究对象，受三个力作用，重力G、墙壁的支持力F1、悬绳拉力F2，如图所示，取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，将F2分别沿x轴和y轴方向进行分解。由平衡条件可知，在x轴和y轴方向上的合力Fx合和Fy合应分别等于零。即
Fx合＝F1－F2sinα＝0 ①
Fy合＝F2cosα－G＝0 ②
由②式解得：F2＝G/cosα＝mg/cosα
代入①式得F1＝F2sinα＝mgtanα。
答案：mg/cos α；mgtan α
点评：比较各种解法的优缺点，分析一下解决此类问题的方法步骤。
C
一个人站在体重计的测盘上，在人从站立到蹲下的整个过程中(如下图所示)，体重计指针示数如何变化？
提示：先减小，后增加，再还原
解析：人蹲下的过程经历了加速向下(失重)、减速向下(超重)和静止这三个过程。
探究二 超重与失重
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”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。当物体处于超重或失重时，物体的重力并未变化，只是视重变了。
2．超重、失重的分析
特别提醒：(1)发生超重或失重的现象与物体的速度方向无关，只取决于物体加速度的方向。
(2)在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会完全消失，比如物体对桌面无压力，单摆停止摆动，浸在水中的物体不受浮力等。靠重力才能使用的仪器，也不能再使用，如天平、液体气压计等。
D
AD
解析：由图可知，t0至t1时间段弹簧秤的示数小于G，故物体可能向下加速，也可能向上减速；
t1至t2时间段弹力等于重力，故合力为零，物体可能匀速也可能静止；
而t2至t3时间段内合力向上，故物体加速度向上，电梯可能向上加速也可能向下减速；
AD均符合题意；故选AD。
素 养 提 升
应用牛顿运动定律求解多过程问题


(1)“A鱼”入水瞬间的速度vA；
(2)“A鱼”在水中运动时所受阻力fA；
(3)“A鱼”与“B鱼”在水中运动时所受阻力之比fA ∶fB 。
审题——抓住信息，快速推断
关键信息 信息挖掘
题
干 ①石蜡做成两条质量均为m 说明两“鱼”的体积相等，在水中受到的浮力相等，这一点在题干的后半部分也有说明
②静止释放 两“鱼”的初速度为零
③竖直下滑hA后速度减为零 两“鱼”均是先匀加速下降，再减速下降到速度为零
④位移值远大于“鱼”的长度 两“鱼”均可看作质点
⑤所受水的阻力恒定 两“鱼”在水中的下降为恒力作用下的运动，是匀减速直线运动
课 堂 达 标
课 时 作 业