能用牛顿运动定律解决有关超重和失重问题课件

高中,物理,栏目导航,高中,物理,第,7,节用牛顿运动定律解决问题,(,二,),课堂探究,自主学习,课堂达标,自主学习,学习目标,1.,知道物体处于平衡状态的运动学特征。,2.,知道共点力的平衡条件,会用正交分解法解决共点力作用下的平衡问题。,3.,了解超重和失重现象,知道超重和失重现象中地球对物体的作用力并没有变化。能用牛顿运动定律解决有关超重和失重问题。,教材提炼,【,知识梳理,】,一、共点力的平衡条件,1.,平衡状态,:,一个物体在力的作用下保持,或,状态。,2.,平衡条件,:,。,静止,匀速直线运动,合力为,0,二、超重和失重,【,问题导引,】,我们大多人都乘过竖直升降的电梯。你有体验过电梯启动时、中途匀速和制动时身体感受上的差异吗,?,在电梯启动时、中途匀速和制动时你身体的受力情况相同吗,?,答案,:,感觉身体重量不一样。,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,:,物体具有竖直向上的加速度。,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,:,物体具有竖直向下的加速度。,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,),为零的状态。,(2),产生条件,:a=,方向竖直向下。,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,且所受重力恒定不变,所以物体的加速度恒定。,2.,运动情况,:,初速度为,0,的竖直向下的匀加速直线运动。,大于,小于,-g,重力,【,练一练,】,1.,物体在共点力作用下,下列说法中正确的是,(,),A.,物体的速度在某一时刻等于零时,物体就一定处于平衡状态,B.,物体所受合力为零时,就一定处于平衡状态,C.,物体处于平衡状态,就一定是静止的,D.,物体做匀加速直线运动时,物体处于平衡状态,B,解析,:,物体的速度某一时刻为零,物体不一定处于平衡状态,比如竖直上抛运动到最高点,速度为零,合力不为零,故选项,A,错误,;,物体所受合力为零,一定处于平衡状态,故选项,B,正确,;,物体处于平衡状态,可能是静止的,也可能做匀速直线运动,故选项,C,错误,;,物体做匀加速运动,合力不为零,一定不处于平衡状态,故选项,D,错误。,2.,如图所示,一位杂技演员在高空钢丝上匀速前行,若图中钢丝可视为水平,则他受到的支持力与重力的关系是,(,),A.,平衡力,B.,作用力和反作用力,C.,支持力小于重力,D.,支持力大于重力,A,解析,:,演员匀速运动,支持力与重力平衡,选项,A,正确。,3.,如图所示,电梯的顶部挂一个弹簧测力计,测力计下端挂了一个质量为,1 kg,的重物,电梯匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为,10 N,在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为,8 N,。关于电梯的运动,(,如图所示,),以下说法正确的是,(g,取,10 m/s,2,)(,),A.,电梯可能向上加速运动,加速度大小为,2 m/s,2,B.,电梯可能向下加速运动,加速度大小为,4 m/s,2,C.,电梯可能向下减速运动,加速度大小为,2 m/s,2,D.,电梯可能向上减速运动,加速度大小为,2 m/s,2,D,解析,:,电梯匀速直线运动时,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,8 N,对重物有,F-mg=ma,解得,a=-2 m/s,2,方向竖直向下,则电梯可能向下做加速运动,也可能向上做减速运动,故选项,D,正确。,C,要点一 共点力作用下物体的平衡问题,课堂探究,【例1】,所受重力G,1,=8 N的钩码悬挂在绳PA和PB的结点上。PA偏离竖直方向37角,PB在水平方向,且连在所受重力为G,2,=100 N的木块上,木块静止于倾角为37的斜面上(sin 37=0.6,cos 37=0.8),如图所示,试求木块与斜面间的弹力与摩擦力的大小。,思路探究,(1),求木块与斜面间的弹力与摩擦力应选择何物为研究对象,它共受几个力的作用,?,求木块受的水平拉力应选择何物为研究对象,它共受几个力的作用,?,答案,:,应选择木块为研究对象,共受,4,个力的作用,;,选择结点,P,为研究对象,共受,3,个力的作用。,(2),为使计算过程简单,坐标系应怎样建立,?,答案,:,对结点,P,以水平方向为,x,轴,以竖直方向为,y,轴建立坐标系,;,对木块以沿着斜面方向为,x,轴,以垂直斜面方向为,y,轴建立坐标系。,解析,:,如图甲所示分析结点,P,受力,由平衡条件得,F,A,cos 37=G,1,F,A,sin 37=F,B,可解得,BP,绳的拉力为,F,B,=6 N;,再分析木块的受力情况如图乙所示,由物体的平衡条件可得,F,f,=G,2,sin 37+F,B,cos 37,F,N,+F,B,sin,37=G,2,cos 37,又由相互作用力关系知,F,B,=F,B,解得,F,f,=64.8 N,F,N,=76.4 N,。,答案,:,76.4 N,64.8 N,针对训练1:,滑板运动是一项非常刺激的水上运动,研究表明,在进行滑板运动时,水对滑板的作用力F,N,垂直于板面,大小为kv,2,其中v为滑板速率(水可视为静止)。某次运动中,在水平牵引力作用下,当滑板和水面的夹角=37时(如图所示),滑板做匀速直线运动,相应的k=54 kg/m,人和滑板的总质量为108 kg,试求(重力加速度g取10 m/s,2,sin 37取0.6,忽略空气阻力):,(1),水平牵引力的大小,;,解析,:,(1),以滑板和运动员为研究对象,其受力如图所示,由共点力平衡条件可得,F,N,cos,=mg,F,N,sin,=F,解得,F=810 N,。,即水平牵引力的大小为,810 N,。,答案,:,(1)810 N,(2),滑板的速率。,答案:,(2)5 m/s,规律方法,受力平衡问题的处理方法,(1),当物体受到三个共点力的作用而平衡时,一般利用力的合成和分解,构建矢量三角形,常用的方法有图解法和相似三角形法,;,(2),当物体所受到的力超过三个时,一般采用正交分解法。,要点二 对超重、失重现象的理解,【例2】,一人乘电梯上楼,在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示,以竖直向上为a的正方向,则人对地板的压力,( ),A.t,=2,s时最小,B.t,=2,s时最大,C.t,=10,s时最小,D.t,=8.5,s时最大,解析,:,在时间轴的上方,表示加速度向上,此时处于超重状态,在时间轴的下方,表示加速度向下,此时处于失重状态,对地板的压力减小,在,t=2 s,时向上的加速度最大,此时对地板的压力最大,;,在,t=8.5 s,时具有向下的最大的加速度,此时对地板的压力最小,;,故选项,B,正确。,B,误区警示,超重、失重与运动方向的关系,物体的加速度方向不一定与运动方向一致。超重是指有向上的加速度,物体做向上的加速运动或向下的减速运动,;,失重是指有向下的加速度,物体做向下的加速运动或向上的减速运动。,针对训练,2:,在电梯的地板上放置一个压力传感器,在传感器上放一个重量为,20 N,的物块,如图甲所示。计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系,如图乙所示。根据图象分析得出的结论中正确的是,(,),A.,从时刻,t,1,到,t,2,物块处于失重状态,B.,从时刻,t,3,到,t,4,物块处于超重状态,C.,电梯可能开始停在低楼层,先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在高楼层,D.,电梯可能开始停在高楼层,先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后停在低楼层,C,解析,:,由图象可知,t,1,t,2,时间内,物体受到的支持力大于重力,有向上的加速度,处于超重状态,选项,A,错误,;t,3,t,4,时间内,物体受到的支持力小于重力,有向下的加速度,处于失重状态,选项,B,错误,;,整个过程中,先平衡,再有向上的加速度,然后匀速运动,再有向下的加速度,最后停止。故选项,C,正确,D,错误。,要点三 竖直上抛运动,【例3】,气球下悬挂一重物,气球和重物均以速度v,0,=10,m/s匀速上升,当到达离地高为h,=175,m处时悬挂重物的绳子突然断裂,求重物经多长时间落到地面?落地时的速度为多大?(空气阻力不计,取g,=10 m/s,2,),思维导图,“,绳子突然断裂”后,重物不会立刻下落,而是以,v,0,为初速度做竖直上抛运动。如图所示。,答案,:,7 s,60,m/s,误区警示,用整体法解题应注意的问题,利用整体法做题时,匀变速直线运动的规律完全适用,但要注意各矢量的正、负,并弄清其物理含义。,针对训练3:,小明玩颠乒乓球的游戏,设乒乓球弹起后做竖直上抛运动,每次弹起的高度均为0.2 m。忽略空气阻力、球与球拍的接触时间,重力加速度取g=10 m/s,2,则( ),A.上升阶段中,乒乓球加速度的方向竖直向上,B.乒乓球上升到最高点时,其加速度大小为零,C.乒乓球两次弹起之间的时间间隔为0.2 s,D.小明每分钟最多颠球150次,D,课堂达标,1.,下面几种说法中,哪些物体的运动状态一定没有发生改变,(,),A.,物体在斜面上匀加速下滑,B.,运动员以恒定速率沿圆形跑道跑步,C.,物体做自由落体运动,D.,在空中匀速飞行的客机,D,解析,:,物体的运动状态的改变是指速度发生变化。物体在斜面上匀加速下滑,速度增大,则选项,A,错误,;,运动员以恒定速率沿圆形跑道跑步,速度方向发生变化,则选项,B,错误,;,物体做自由落体运动,速度增大,则选项,C,错误,;D,正确。,2.,运动员跳起过程可分为下蹲、蹬地、离地上升、下落四个过程,下列关于蹬地和离地上升两个过程的说法中正确的是,(,设蹬地的力为恒力,)(,),A.,两个过程中运动员都处在超重状态,B.,两个过程中运动员都处在失重状态,C.,前过程为超重,后过程不超重也不失重,D.,前过程为超重,后过程为完全失重,解析,:,因蹬地过程,速度由零逐渐增大,所以运动员具有向上的加速度,由牛顿第二定律有,F-mg=ma,所以,F=,mg+ma,因此运动员处于超重状态。而离地上升过程只受重力作用,具有向下的重力加速度,所以运动员处于完全失重状态,因此选项,D,正确。,D,A,解析,:,将小球,m,2,的重力按效果根据平行四边形定则进行分解如图所示,由几何知识得,T=m,2,g,对,m,1,受力分析,由平衡条件知,在沿杆的方向有,m,1,gsin 30=,Tsin,30,得,T=m,1,g,可见,m,1,m,2,=11,故选项,A,正确。,4.,在高为,h,处,小球,A,由静止开始自由落下,与此同时,在,A,的正下方地面上以初速度,v,0,竖直向上抛出另一小球,B,求,A,B,在空中相遇的时间与地点,并讨论,A,B,相遇的条件,(,不计空气阻力作用,重力加速度为,g).,答案,:,见解析,点击进入 课时作业,A,点击进入 课时作业,B,谢谢观赏！,