高中物理必修Ⅰ人教版4.7用牛顿运动定律解决问题（二）（37张ppt）

(共37张PPT)
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用牛顿运动定律解决问题(二)
1.飞船中的物体怎么会飘起来？
2.地面上会不会出现这种现象？
1.知道什么是物体处于平衡状态。知道在共点力作用下物体的平衡条件，即合力为0。(重点)
2.知道物理学中超重和失重现象的含义，能通过牛顿运动定律对它们进行定量的分析，并能分析和说明一些简单的相关问题。
3.能解答以自由落体运动为基础的竖直方向上的运动学问题(竖直上抛、竖直下抛等)。
一、共点力的平衡条件
1.平衡状态：如果一个物体在力的作用下，保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。
2.共点力作用下物体的平衡条件是合力为０。
3.平衡条件的四个推论
(1)若物体在两个力同时作用下处于平衡状态，则这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上，其合力为零，这就是初中学过的二力平衡。
(2)物体在三个共点力作用下处于平衡状态，任意两个力的合力与第三个力等大、反向。
(3)物体在n个非平行力同时作用下处于平衡状态时，n个力必定共面共点，合力为零，称为n个共点力的平衡，其中任意(n-1)个力的合力必定与第n个力等大、反向，作用在同一直线上。
(4)当物体处于平衡状态时，沿任意方向物体的合力均为零。
4.研究物体平衡的基本思路和基本方法
(1)合成法
很多情况下物体受到三个力的作用
而平衡，其中任意两个力的合力必
定跟第三个力等大反向。
G
F1
F2
F
(2)分解法
物体受三个共点力平衡时，也可以把其中一个力进行分解(一般采用正交分解法)。这种方法称为分解法。
G
F1
F2
F1x
F1y
当物体受三个以上共点力平衡时，一般采用分解法。
【典例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。图为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和硬杆的重量都可忽略。如果悬挂物的重量为G，角AOB等于θ，钢索OA对O点的拉力和硬杆OB对O点的支持力各是多大？
解析：
1.轻质细绳中的受力特点：两端受力大小相等，内部张力处处相等。
2.硬杆仅两端受力时(杆处于平衡状态)的特点：这两个力必然沿硬杆的方向且大小相等。
3.节点O也是一理想化模型。
C
视重：物体对悬挂物的拉力或者对支持物的压力
G
F1
实重：物体实际的重力
把物体挂在弹簧测力计下，用手带动弹簧秤和物体
一起：
1.静止
2.向上加速运动
3.向下加速运动
观察弹簧测力计的示数如何变化？
——拉力大于重力(视重大于实重)
——拉力小于重力(视重小于实重)
——根据二力平衡拉力等于重力
【观察与思考】
N/
二、超重现象
以一个站在升降机里的体重计上的人为例分析：
设人的质量为m，升降机以加速度a加速上升。
v
a
G
分析：对人和升降机受力分析如图
F合
=
N
-
G
F合
=
N
-
G
=
m
a
故：N
=
G
+
m
a
人受到的支持力N大于人受到的重力G
再由牛顿第三定律得：压力N′大于重力G。
N
总结：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的情况称为超重现象。
视重>实重
N′
三、失重现象
以站在升降机里的体重计上的人为例分析，设人
的质量为50kg，升降机以2m/s2的加速度加速下降。(g=10m/s2)
v
a
分析：对人和升降机受力分析如图
F合
=
G-N
由牛顿第二定律得F合=G-N=ma
故：N=mg-ma=400N
<
500N
人受到的支持力N小于人受到的重力G
再由牛顿第三定律得：压力N′小于重力G。
G
N
总结：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象称为失重现象。
视重<实重
什么情况下物体发生超重现象？
什么情况下物体发生失重现象？
类型
v方向
a方向
现象
加速上升
减速上升
加速下降
减速下降
向上
向上
向下
向下
向上
向下
向下
向上
超重
失重
超重
失重
结论：
当加速度方向向上时，物体发生超重现象。
当加速度方向向下时，物体发生失重现象。
物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重状态还是失重状态，重力不变。(G=mg)
强调：
当物体处于失重状态，且a＝g
时会发生什么现象？
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的情况称为完全失重现象。
FN
=m
(g－a)=0
如：自由落体运动和竖直上抛运动
此时重力为零吗？
人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中的人和物都处于完全失重状态。
【典例2】原来做匀速运动的升降机内，有一被拉长弹簧拉住的具有一定质量的物体A静止在底板上，如图，现发现A突然被弹簧拉向右方，由此可以判断，此升降机的运动可能是
(
)
A.加速上升
B.减速上升
C.加速下降
D.减速下降
解析：选BC。匀速运动时物体所受静摩擦力等于弹簧拉力，若物体突然被拉向右方，则所受摩擦力变小，压力变小，故物体加速度向下，所以升降机可能向上减速或向下加速。
f
=?
N
F=k
x
【典例3】处于完全失重状态下，下列物品不能正常使用的是：
A.天平
B.刻度尺
C.温度计
D.弹簧测力计
E.圆珠笔
F.水银气压计
弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量拉力或压力的大小
处于完全失重状态下，所有和重力有关的仪器都无法使用！
四、从动力学看自由落体运动
1.对自由落体运动的理解
(1)自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，即物体的初速度为零。
(2)由于物体在做自由落体运动时所受重力是一个恒力，由牛顿第二定律可知，物体下落的加速度也是恒定加速度，从这个角度看，自由落体运动是匀变速直线运动。
(3)从牛顿第二定律F=ma可知，物体所受重力产生下落的加速度，mg=ma，所以a=g。
2.对竖直上抛运动的理解
竖直上抛运动的处理方法一般有两种：
(1)全程法
将竖直上抛运动视为竖直向上的加速度为g的匀减速直线运动。
(2)分阶段法
将全程分为两个阶段，即上升过程
的匀减速阶段和下落过程的自由落体阶
段。竖直上抛运动的对称性，如图所示，
物体以初速度v0竖直上抛，
A、B为途中的任意两点，C为最高点，则
①时间对称性
物体上升过程中从A→C所用时间tAC和下降过程中从C→A所用时间tCA相等，同理tAB=tBA。
②速度对称性
物体上升过程经过A点的速度与下降过程经过A点的速度大小相等。
【典例4】在楼房的阳台外以初速度20m/s竖直上抛一物体，求抛出5s末物体的位移和速度。
解析：画出运动示意图如图所示：
A
→
B
→C
全过程综合考虑，匀减速运动，
s=
v0
t
－
gt2=20×5－
×10×25
=－25m
负号表示5s末物体的位置C在A点下方25m
vt=
v0
－gt=20－10×5=－30m/s
负号表示方向向下。
v0
C
A
B
A1
vt
一、共点力的平衡条件：物体所受合力为0。
二、超重和失重：
物体具有竖直向上的加速度时为超重状态。
物体具有竖直向下的加速度时为失重状态
。
超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关。
三、从动力学看自由落体运动
1.下列四个实验中，不能在绕地球飞行的太空实
验舱中完成的是(
)
A.用弹簧测力计测物体的重力
B.用天平测物体的质量
C.用温度计测舱内的温度
D.用水银气压计测舱内气体的压强
ABD
2.“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。某人身系
弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原
长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地悬吊
着时的平衡位置，人在从P点落下到最低点c的过程
中(
)
AB
A.人在Pa段做自由落体运动，处于完全失重状态
B.在ab段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态
C.在bc段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态
D.在c点，人的速度为零，其加速度为零
3.游乐园中，游客乘坐加速或减速运动的升降机，可
以体会超重或失重的感觉。下列描述正确的是(
)
A．当升降机加速上升时，游客是处在失重状态
B．当升降机减速下降时，游客是处在超重状态
C．当升降机减速上升时，游客是处在失重状态
D．当升降机加速下降时，游客是处在超重状态
BC
4.某人在地面上最多能举起60
kg的物体，而在一个加速下降的电梯里最多能举起8０kg的物体。求：
(1)此电梯的加速度多大？
(2)若电梯以此加速度上升，则此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少？(取g=10
m/s2)
【解析】(1)不管在地面上，还是在变速运动的电梯
里，人的最大举力是一定的，这是该题的隐含条件。
设人的最大举力为Ｆ，由题意可得Ｆ=m1g=60
kg×
10
m/s2＝600Ｎ。选被举物体为研究对象，它受到重
力m2g和举力Ｆ的作用，在电梯以加速度a下降时，根
据牛顿第二定律有m2g－Ｆ＝m2a。
解得电梯的加速度为a=g－Ｆ/m2＝10m／s2-600/80
m/s2
＝2.5
m/s2。
(2)当电梯以加速度a上升时，设人在电梯中能举起
物体的最大质量为m3，根据牛顿第二定律有F－m3g=
m3a。
解得m3=F/(g+a)=600/(10+2.5)
kg=48
kg
答案:(１)2.5
m/s2
(2)48
kg