山东省德州市武城县第二中学2020高中物理《4-7 用牛顿定律解决问题（二）》学案 新人教版必修1

山东省德州市武城县第二中学2020高中物理4-7 用牛顿定律解决问题（二）学案 新人教版必修1 一、共点力的平衡条件1.平衡状态物体在力的作用下保持 或 的状态.2.平衡条件： .二、超重和失重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 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 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： ,方向 .三、从动力学看自由落体运动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：初速度为零的竖直向下的 运动.【课堂互动探究】一、对共点力平衡的理解1.对静止状态的理解静止与速度=0不是一回事.物体保持静止状态，说明=0，=0，两者同时成立.若仅是=0，如自由下落开始时刻的物体，并非处于平衡状态.2.平衡状态与运动状态的关系平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态.3.共点力平衡的条件：物体所受的合外力为零.数学表达式有两种：（1）；（2）和分别是将力进行正交分解后，物体在轴和轴上所受的合力.4.共点力平衡的几种常见类型（1）物体受两个力平衡时，这两个力等大反向,是一对平衡力.（2）物体受三个力平衡时，任意两个力的合力与第三个力等大反向.（3）物体受三个以上的力平衡时，其中任意一个力与另外几个力的合力等大反向.5.解题方法处理共点力的平衡问题正确的受力分析是关键.当物体受三个力（不平行）而平衡时，这三个力一定是共点力，常用以下两种方法处理问题：（1）三角形法根据平衡条件，任两个力的合力与第三个力等大反向，把三个力放于同一个三角形中，三条边对应三个力，再利用几何知识求解.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.【自主解答】【变式训练】如图所示,两根等长的轻绳将日光灯悬挂在天花板上,两绳与竖直方向的夹角都为45,日光灯保持水平,所受重力为G,左右两绳的拉力大小分别为（ ）A.G和G B.和C.和 D. 和二、对超重与失重的理解1.视重（1）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.（2）视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力.2.超重、失重和完全失重比较状态特征超重现象失重现象完全失重加速度向上向下a=g受力图视重与重力的关系F=m(g+a) mgF=m(g-a)mgF=0 运动状态 加速上升或减速下降 加速下降或减速上升 以a=g加速下降或减速上升 特别提醒：（1）从牛顿第二定律可以知道加速度方向是超、失重判断的关键，若加速度方向向上，物体处于超重状态；若加速度方向向下，物体处于失重状态.（2）物体处于超重状态，它的加速度不一定竖直向上，但加速度一定有竖直向上的分量（斜向上）；同理处于失重状态的物体，其加速度方向不一定竖直向下，但一定有竖直向下的分量（斜向下）.【典例2】有一根钢丝的最大拉力为100N，在一个运动的电梯中，这根钢丝下悬挂了12kg的物体恰好没有断，问电梯可能作怎样的运动？（取g= 10m/s2）【审题指导】解答本题应注意加速度方向与速度方向的关系.【自主解答】【变式训练】如图所示，在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体，受到一个伸长的弹簧的拉力作用，但仍能保持与升降机相对静止.现突然发现物体被弹簧拉动，则判定升降机的运动状态可能是（ ）A加速上升 B加速下降C减速上升 D减速下降三、动态平衡问题在有关物体平衡的问题中，存在着大量的动态平衡问题，所谓动态平衡问题，就是通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢变化.分析动态平衡问题通常有两种方法.1.解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变参量与自变参量的一般函数式，然后根据自变参量的变化确定应变参量的变化.2.图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下的力的矢量图（画在同一个图中），然后根据有向线段（表示力）的长度，变化判断各个力的变化情况.【典例3】如图，一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对球的压力大小为N1，球对木板的压力大小为N2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置.不计摩擦，在此过程中（ ）A.N1始终减小，N2始终增大B.N1始终减小，N2始终减小C.N1先增大后减小，N2始终减小D.N1先增大后减小，N2先减小后增大【审题指导】先明确研究对象，对物体受力分析，利用平行四边形定则或三角形定则，从线段的长短分析力的变化情况.【自主解答】【变式训练】光滑小球放在两板间,如图所示,当OB竖直且不动,OA绕O点转动使角变小时,两板对球的压力FA和FB的变化为（ ）A.FA变大 B.FA变小C.FB变小 D.FB变大【基础知识达标】1.下列说法正确的是（ ）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2.下列事例中处于平衡状态的是（ ）A.“神州”号飞船匀速落到地面的过程B.汽车在水平路面上启动或刹车的过程C.汽车停在斜坡上D.竖直上抛的物体在到达最高点的那一瞬间3.我国“神舟七号”载人飞船成功发射，设近地加速时，飞船以5g的加速度匀加速上升，g为重力加速度，则质量为m的宇航员对飞船底部的压力为（ ）A.6mg B.5mg C.4mg D.mg4.升降机中站着一个人，在升降机减速上升过程中，以下说法正确的是（ ）A.人对地板压力将增大 B.地板对人的支持力将减小C.人所受的重力将会减小 D.人所受的重力保持不变5.如图所示，竖直悬挂的一重力为G的重物被水平的力拉到与竖直方向成角的位置，求该水平拉力F，以及OA上受到的拉力T.【知能巩固作业】1.如图所示，物体A在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上，则关于A受力的个数，下列说法中正确的是（ ）A.A一定是受两个力作用B.A一定是受四个力作用C.A可能受三个力作用D.A不是受两个力作用就是受四个力作用2.升降机地板上放一个台秤，秤盘上放一质量为m的物体，当秤的读数为1.2mg时，升降机可能做的运动是（ ）A.加速下降 B.匀速上升 C.减速上升 D.减速下降3.如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心，一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止在P点.设滑块所受支持力为FN.OF与水平方向的夹角为.下列关系正确的是（ ）A. B.C. D.4.如图所示，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5.如图所示,两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动,在O点悬挂一重物M,将两相同木块m紧压在竖直挡板上,此时整个系统保持静止.Ff表示木块与挡板间摩擦力的大小,FN表示木块与挡板间正压力的大小.若挡板间的距离稍许增大后,系统仍静止,且O1、O2始终等高,则（ ）A.Ff变小 B.Ff不变 C.FN变小 D.FN变大6. 如图所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一个小铁球，在电梯运行时，乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量大，这一现象表明（ ）A.电梯一定是在上升B.电梯一定是在下降C.电梯的加速度方向一定是向下D.乘客一定处在超重状态7.质量为60的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？（）（1）升降机匀速上升；（2）升降机以的加速度加速上升；（3）升降机以的加速度加速下降.8. 如图所示，轻弹簧AB长为35cm，A端固定于一个放在倾角为30的斜面、重50N的物体上，手执B端，使弹簧与斜面平行，当弹簧和物体沿斜面匀速下滑时，弹簧长变为40cm；当匀速上滑时，弹簧长变为50cm.求：（1）弹簧的劲度系数；（2）物体跟斜面间的动摩擦因数.第四章 牛顿运动定律第7节 用牛顿定律解决问题（二）【课前基础梳理】一、1.静止 匀速直线运动 2.合力为零二、1.（1）大于 （2）向上 2.（1）小于 （2）向下 （3）等于零g 竖直向下三、1.重力 加速度 2.匀加速直线【课堂互动探究】【典例1】【解析】物体做匀速运动处于平衡状态，受力分析如图所示，由平衡条件得：沿斜面方向：FcosmgsinFf=0垂直斜面方向：FNmgcosFsin=0又有：Ff=FN解以上方程得：F=(sin+cos)mg/(cossin)【变式训练】【解析】选B.日光灯受重力G及二根绳子的拉力T作用而处于平衡状态，其受力如图所示.由于二个拉力的夹角成直角，则由力的平行四边形法则可知，故，B选项正确.【典例2】【解析】钢丝的拉力恰为100N，物体一定处于失重状态，所以电梯具有向下的加速度.对物体由牛顿第二定律得：mg-F=ma解得：a=1.67m/s2电梯的运动情况有两种可能，一是以1.67m/s2的加速度向下匀加速运动，二是以1.67m/s2的加速度向上匀减速运动。【变式训练】【解析】选B、C.升降机匀速运动时，在水平方向，物体所受的静摩擦力与弹簧的弹力相平衡，若突然发现物体被弹簧拉动，说明最大静摩擦力已经小于弹力，就是说正压力突然变小，物体处于失重状态，它的加速度竖直向下，升降机可能是加速下降或减速上升，故B、C正确.【典例3】【解析】选B.以小球为研究对象，画出小球受力的矢量三角形，由力的矢量三角形很直观的可看出：N1始终减小，N2始终减小.故选项B正确.【变式训练】【解析】选A、D.如图所示,当角变小时,两分力由FA、FB分别变为FA和FB,可见两力都变大，故A、D正确.【知能巩固作业】1. 【解析】选D.若拉力F等于重力，则A仅受拉力F和重力两个力作用；若拉力F小于重力，接触面不仅有弹力，而且有摩擦力，则A受四个力作用，故D正确.2. 【解析】选D.秤的读数增大，是超重，说明升降机的加速度方向向上，做向上的加速运动或向下的减速运动，D正确.3.【解析】选A.对小滑块受力分析如图所示，根据三角形定则可得，所以A正确.4.【解析】选A.以AB作为整体，上升过程只受重力作用，所以系统的加速度为g,方向竖直向下，故系统处于完全失重状态，A.B之间无弹力作用，A正确,B错误；下降过程，A.B仍是处于完全失重状态，A、B之间也无弹力作用，C、D错误.F5.【解析】选B、D.以两个木块m和重物M为整体作为研究对象，在竖直方向上，Ff=，与挡板间的距离无关，A错误，B正确；如图所示：以轴O点为研究对象，轻杆对轴O的作用力为F=，再以木块m为研究对象，挡板对木块的正压力，当档板间的距离稍许增大时，增大，增大，C错误，D正确.6.【解析】选D.电梯静止时，弹簧的拉力和重力相等现在，弹簧的伸长量变大，则弹簧的拉力增大，小铁球的合力方向向上，加速度方向向上，小铁球处于超重状态，但是电梯的运动方向可能向上也可能向下，故只有D正确.7.【解析】人站在升降机中的体重计上，受力情况如图所示:（1）当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得：所以人受到的支持力600N.根据牛顿第三定律得，人对体重计的压力就等于体重计的示数，即.（2）当升降机以的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得：由牛顿第三定律得，此时体重计的示数为780N，大于人的重力，人处于超重状态.（3）当升降机以的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得：由牛顿第三定律得，此时体重计的示数为，小于人的重力，人处于失重状态.答案：（1）600N（2）780N（3）360N8.【解析】当弹簧和物体沿斜面匀速下滑时，物体受力情况如图甲所示：由平衡条件得：，而当弹簧和物体沿斜面匀速上滑时，物体受力情况如图乙所示：由平衡条件得：而以上各式联立求得：，.答案：（1）250N/m（2）