《2019-2020学年高中物理第四章牛顿运动定律7用牛顿运动定律解决问题二课件新人教版必修1201907311363(数理化网).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019-2020学年高中物理第四章牛顿运动定律7用牛顿运动定律解决问题二课件新人教版必修1201907311363(数理化网).pdf（45页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第四章 牛顿运动定律 学科素养与目标要求学科素养与目标要求 1.理解平衡状态及共点力作用下物体的平衡条件. 2.理解超重、失重和完全失重现象. 物理观念： 1.能利用整体法和隔离法分析共点力作用下的平衡问题. 2.会利用牛顿运动定律分析超重和失重现象. 3.能从动力学角度理解自由落体运动和竖直上抛运动. 科学思维： 自主预习 预习新知 夯实基础 重点探究 启迪思维 探究重点 达标检测 检测评价 达标过关 内容索引 NEIRONGSUOYIN 自主预习 预习新知 夯实基础 01 1.平衡状态：_或_状态. 2.平衡条件：(1)F合_ (或加速度a_) 静止 共点力的平衡一 (2) Fx合_ Fy
2、合_ 匀速直线运动 00 0 0 1.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_ (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度. 2.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_ (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度. (3)完全失重 定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_ 的状态. 产生条件：ag，方向_. 超重和失重二 大于 竖直向上 小于 竖直向下 等于零 竖直向下 1.自由落体运动 (1)条件：物体从_开始下落，即运动的初速度是_； 运动过程中只
3、受_的作用，根据牛顿第二定律mgma，所以a_. (2)运动性质：v0_、a_的匀加速直线运动. 2.竖直上抛运动 (1)受力情况：只受_作用，加速度为_. (2)运动性质：初速度v00、加速度a_的匀变速直线运动. (3)基本公式 速度公式：v_. 位移与时间的关系：xv0t gt2. 速度与位移的关系：v2v02_. 从动力学角度分析自由落体运动和竖直上抛运动三 静止 重力 0 g 0 重力 g g g v0gt 2gx 1.判断下列说法的正误. (1)某时刻物体的速度为零时，物体一定处于平衡状态.( ) (2)超重就是物体受到的重力增加了.( ) (3)物体处于完全失重状态时，物体的重力
4、就消失了.( ) (4)物体处于超重状态时，物体一定在上升.( ) (5)物体处于失重状态时，物体可能在上升.( ) 即学即用 2.物体受到n个力作用处于静止状态，若其中一个力F110 N，方向向右，则其余(n 1)个力的合力F_ N，方向向_. 10左 重点探究 启迪思维 探究重点 02 超重和失重一 如图1所示，某人乘坐电梯正在向上运动. 导学探究 图图1 (1)电梯启动瞬间加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还是小？电梯匀速向 上运动时，人受到的支持力比其重力大还是小？ 答案 电梯启动瞬间加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以支持力大于重力； 电梯匀速向上运动时，人受到的合力为零
5、，所以支持力等于重力. (2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大还 是小？ 答案 减速运动时，因速度方向向上，故加速度方向向下，即人受到的合力方向向下， 支持力小于重力. 1.视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时，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状态时，物体的重力并未变化，只是视重变了. 知识深化 特征状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力示意图 平衡a0Fmg 静止或匀速直 线运动 超重向上 由Fmgma得F m(ga)mg 向上加速或向 下减速 2.超重、失重的
6、比较 失重向下 由mgFma得F m(ga)mg 向下加速或向 上减速 完全失重 向下且ag 由mgFma得F0 自由落体运动， 抛体运动 3.对超重、失重的理解 (1)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关. (2)发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化. (3)发生完全失重现象时，与重力有关的一切现象都将消失.比如物体对支持物无压力， 靠重力使用的仪器也不能再使用(如天平).只受重力作用的一切抛体运动，都处于完全 失重状态. 例1 (多选)如图2所示，电梯的顶部竖直悬挂一个弹簧测力计，弹簧测力计下端挂了 图图2 一个重物，电梯匀速直线运动时，弹簧测力计的示
7、数为10 N， 在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为6 N，关于电 梯的运动，以下说法正确的是(g取10 m/s2) A.电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2 B.电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2 C.电梯可能向上减速运动，加速度大小为4 m/s2 D.电梯可能向下减速运动，加速度大小为4 m/s2 解析 电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，可知重物的重力等于10 N， 在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为6 N，对重物，根据牛顿第二定律 有mgFma，解得a4 m/s2，方向竖直向下，则电梯的加速度大小为4 m/s2，方向 竖直向下，因此
8、电梯可能向下做加速运动，也可能向上做减速运动，选项B、C正确. 员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验， 下列说法正确的是 A.火箭加速上升时，宇航员处于超重状态 B.飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态 C.火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重力 D.火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时，宇航员处于失重状态 针对训练1 2016年10月17日，“神舟十一号”载人飞船发射成功，如图3所示.宇航 图图3 解析 火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支 持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正 确，C错误； 飞船
9、落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支 持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，选项B错误； 火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时，加速度方向向上，宇航员处于超重状态， 选项D错误. 例2 如图4所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下 列说法正确的是 A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力 解析 A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还 是下降过程，A对B
10、均无压力，只有A选项正确. 图图4 总结 提升判断超重、失重状态的方法 1.从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体 处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态. 2.从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度(包括斜向上)时处于超重 状态，具有向下的加速度(包括斜向下)时处于失重状态，向下的加速度为g时 处于完全失重状态. 共点力平衡的进一步理解二 1.对平衡条件的理解 (2)对应两种状态： 静止状态：a0，v0； 匀速直线运动状态：a0，v0. (3)说明：物体某时刻速度为零，但F合0，则不是平衡状态，如竖直上抛的物体到 达最高点时，只是速度为
11、零，不是平衡状态. 处于平衡状态的物体，沿任意方向的合力都为零. 2.单个物体平衡问题的分析方法合成法、正交分解法 (1)合成法 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，任意两个力的合力一定与第三个力大小相 等、方向相反，作用在同一条直线上，可以据此先求任意两个力的合力. (2)正交分解法 先把物体所受的各个力逐一地分解在两个相互垂直的坐标轴上，再分别对每个坐标轴 上的分力逐一进行代数运算. FxF1xF2xF3xFnx0， FyF1yF2yF3yFny0. 3.物体系统平衡问题的分析方法整体法、隔离法 当物体系统处于平衡状态时，组成系统的每个物体都处于平衡状态，选取研究对象时 注意整体法与隔离
12、法的结合. 一般地，当求系统内部物体间的相互作用时，用隔离法，求系统受到的外力时，用整 体法.具体应用中，应将这两种方法结合起来灵活运用. 例3 (多选)如图5，一光滑的轻滑轮用细绳OO悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其 一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b.外力F向右上方拉b，整个 系统处于静止状态.若F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b始终保持静止，则 A.绳OO的张力也在一定范围内变化 B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化 C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化 D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化 图图5 解析 对物块a，由二力平衡可知，绳的拉力等于
13、物块a的重力，大小不变，轻滑轮两 侧绳子拉力方向一定，由三力平衡可得绳OO的张力一定，选项A、C错误； 设F与水平方向的夹角为，连接物块b的绳子拉力FT与水平方向夹角为，对物块b， 由平衡条件有FTsin Fsin FNmg，FTcos Fcos Ff0(Ff方向不确定)，可 知物块b所受到的支持力、物块与桌面间的摩擦力都随F在一定范围内变化，选项B、 D正确. 总结 提升解共点力平衡问题的一般步骤 1.选取研究对象，对于有相互作用的两个或两个以上的物体构成的系统，应 明确所选研究对象是系统整体还是系统中的某一个物体(整体法或隔离法). 2.对所选研究对象进行受力分析，并画出受力分析图. 3.
14、对研究对象所受的力进行处理.对三力平衡问题，一般用合成法，对多力的 平衡问题，一般用正交分解法. 4.建立平衡方程. 针对训练2 如图6所示，在粗糙水平地面上放着一个表面为四分之一圆弧的柱状物 体A，A的左端紧靠竖直墙，A与竖直墙之间放一光滑圆球B，整个装置处于静止状态. 则把A向右缓慢移动少许的过程中，下列说法正确的是 A.球B对墙的压力增大 B.球B对柱状物体A的压力增大 C.地面对柱状物体A的摩擦力不变 D.地面对柱状物体A的支持力不变 图图6 解析 球B受重力、A的支持力F1和墙壁的支持力F2，如图甲所示，设F1与竖直方向 的夹角为，将重力G分解为G1和G2，则根据平衡条件可知，F1G
15、1 ，F2G2 Gtan .当A向右缓慢移动时，根据几何关系可知，A对球B的支持力F1与竖直方向的 夹角减小，所以cos 增大，tan 减小，即墙壁对球B的支持力F2减小，A对球B的支 持力F1减小，根据牛顿第三定律可知，球B对墙壁的压力减小，球B对A的压力也减小， 选项A、B错误. 对A、B整体进行受力分析，如图乙所示，由平衡条件可知A受地面的摩擦力大小Ff F2，则Ff减小，地面对A的支持力等于A、B的重力之和，大小不变，选项C错误，D正 确. 平衡中的临界问题三 1.问题界定：物体所处平衡状态将要发生变化的状态为临界状态，涉及临界状态的问 题为临界问题. 2.问题特点 (1)当某物理量发
16、生变化时，会引起其他物理量的变化. (2)注意某现象“恰好出现”或“恰好不出现”的条件. 3.分析方法：基本方法是假设推理法，即先假设某种情况成立，然后根据平衡条件及 有关知识进行论证、求解. 例4 倾角为的斜面固定在水平面上，斜面上有一重力为G的物体A，物体A与斜面 间的动摩擦因数为，且tan .现给A施加一水平推力F，如图7所示，设最大静摩擦 力与滑动摩擦力大小相等，求水平推力F为多大时，物体A在斜面上静止. 图图7 解析 由于静摩擦力的大小可在0Ffmax间变化，且方向可能沿斜面向上，也可能沿 斜面向下，所以所求的推力应是一个范围.因为tan ，说明无推力时物体将加速下 滑，故推力的最大
17、值和最小值对应的状态是恰不上滑和恰不下滑.以A为研究对象，设 推力的最小值为Fmin，此时最大静摩擦力Ffmax沿斜面向上，受力分析如图甲所示.将各 力正交分解，则 沿斜面方向，有Fmincos FfmaxGsin 0 垂直于斜面方向，有FNGcos Fminsin 0 又FfmaxFN 设推力的最大值为Fmax，此时最大静摩擦力Ffmax沿斜面向下，受力分析如图乙所示. 沿斜面方向，有Fmaxcos Gsin Ffmax0 垂直于斜面方向，有FNGcos Fmaxsin 0 又FfmaxFN 所以物体能在斜面上静止的条件为 达标检测 检测评价 达标过关 03 123 1.(超重和失重)(20
18、19天水一中高一第一学期期末)在本届学校秋季运动会上，小明同 学以背越式成功地跳过了1.70米的高度，如图8所示.若忽略空气阻力，g取10 m/s2.则 下列说法正确的是 A.小明下降过程中处于失重状态 B.小明起跳后在上升过程中处于超重状态 C.小明起跳时地面对他的支持力等于他的重力 D.小明起跳以后在下降过程中重力消失了 图图8 45 12 2.(超重与失重)如图9甲所示是某人站在力传感器上做下蹲起跳动作的部分示意图. 如图乙所示是根据传感器画出的力时间图象，其中力的单位是N，时间的单位是s. 两图中的点均对应，取重力加速度g10 m/s2.请根据这两个图所给出的信息，判断下 列选项正确的
19、是 3 图图9 A.此人的质量约为60 kg B.此人从站立到蹲下的过程对应图中1 到6的过程 C.此人在状态2时处于超重状态 D.此人向上的最大加速度大约为1.9g 45 12 解析 根据题图乙中图线的1点，由平衡条件得此人的质量约为70 kg，故选项A错误； 同理根据图线可判断，此人从站立到蹲下的过程中先失重后超重，对应题图乙中1到4 的过程，故选项B错误； 由题图乙知，人在状态2时传感器对人的支持力小于人自身的重力，处于失重状态， 选项C错误； 根据图线和牛顿第二定律，可得此人向上的最大加速度为a 1.9g，所以 选项D正确. 345 3.(超重与失重的有关计算)质量是60 kg的人站在
20、升降机中的体重计 上，如图10所示.重力加速度g取10 m/s2，当升降机做下列各种运动 时，求体重计的示数. (1)匀速上升； 12 图图10 3 答案 600 N 解析 匀速上升时，由平衡条件得： FN1mg600 N，由牛顿第三定律得：人对体重计压力大小为600 N，即体重计示数 为600 N. 45 (2)以4 m/s2的加速度加速上升； 123 答案 840 N 解析 加速上升时，由牛顿第二定律得： FN2mgma1，FN2mgma1840 N 由牛顿第三定律得：人对体重计压力大小为840 N，即体重计示数为840 N. 45 (3)以5 m/s2的加速度加速下降. 123 答案 3
21、00 N 解析 加速下降时，由牛顿第二定律得： mgFN3ma3，FN3mgma3300 N， 由牛顿第三定律得：人对体重计压力大小为300 N，即体重计示数为300 N. 45 4.(共点力的平衡)(多选)如图11所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接， 123 图图11 在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地 面，m2在空中)，力F与水平方向成角.则m1所受支持力 FN和摩擦力Ff为 A.FNm1gm2gFsin B.FNm1gm2gFcos C.FfFcos D.FfFsin 45 解析 因两个物体和轻弹簧一起做匀速直线运动，所受合力为零，所以可以将这两个 物体
22、和轻弹簧看成一个整体进行受力分析，如图所示， 由正交分解法可知， 在水平方向有FfFcos 竖直方向有FNFsin m1gm2g 所以FfFcos ，FNm1gm2gFsin ，A、C正确. 12345 5.(共点力的平衡)如图12所示，三根轻绳分别系住质量为m1、m2、m3的物体，它们的 另一端分别通过光滑的定滑轮系于O点，整个装置处于平衡状态时，OA与竖直方向 成30角，OB处于水平状态，则 123 图图12 A.m1m2m3123 B.m1m2m3345 C.m1m2m32 1 D.m1m2m3 21 45 故选C. 解析 对结点O受力分析，O点受到三根绳子的拉力如图所示 设FB与FC的合力为F 123 根据三力平衡条件可知，FB和FC的合力F与FA等值反向， 根据定滑轮两端拉力相等，有FAm1g，FBm3g，FCm2g， 45