高中物理 牛顿运动定律（二）4_7 用牛顿运动定律解决问题（二）学案1

4.7 用牛顿运动定律解决问题（二）【学习目标】1. 理解共点力作用下物体平衡状态的概念以及共点力作用下物体的平衡条件。(重点)2. 会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题。(难点)3. 通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质。(重点、难点)【知识网络预览】一、共点力作用下物体的平衡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。二、超重和失重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。 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 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：a_，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_的竖直向下的_直线运动。答案 一、1. 同一点 交于一点 2. 静止 匀速直线运动 3. 合力为零二、1. 看到 2. 大于 竖直向上 3.（1）小于 （2）竖直向下 （3）等于零 g 竖直向下三、1. 重力 加速度 2. 零 匀加速知识点一 对共点力作用下物体平衡的理解 1. 对静止状态的理解：静止与速度v0不是一回事。物体保持静止状态，说明v0，a0，两者同时成立。若仅是v0，a0，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：平衡状态是运动状态的一种，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)F合0；(2)Fx合 和Fy合 分别是将力进行正交分解后，物体在x轴和y轴上所受的合力。4. 共点力平衡的几种常见类型 5. 动态平衡问题(1) 动态平衡问题的特点：通过控制某一物理量，使其他物理量发生缓慢变化，而变化过程中的任何一个状态都看成是平衡状态。(2) 处理动态平衡问题常用的方法 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，求出应变量与自变量的一般函数式，然后依据自变量的变化确定应变量的变化(也叫代数法)。 图解法：就是对研究对象进行受力分析，根据力的平行四边形定则画出不同状态时的力的矢量图(画在同一个图中)，然后依据有向线段(表示力)的长度变化判断各个力的变化情况。6. 求解共点力平衡问题的一般步骤（1）选取研究对象。（2）对所选取的研究对象进行受力分析，并画出受力示意图。（3）对研究对象所受的力进行处理，采用合成法(或分解法)、或者正交分解法，建立合适的直角坐标系，对各个力进行正交分解。（4）由平衡条件列方程，Fx合0，Fy合0.（5）应用解三角形的方法或利用方程组求解，必要时需对解进行讨论。知识点一 对共点力作用下物体平衡的理解 【典例探究】【典例1】 如图所示，质量为m，横截面为直角三角形的物块ABC，ABC，AB边靠在竖直墙上，AB与墙之间的动摩擦因数为，F是垂直于斜面BC的推力，现物块刚好静止不动，求推力F的大小(认为物块与墙之间为最大静摩擦力等于滑动摩擦力)。【审题指导】审题应注意以下问题(1) F垂直于BC。(2) 物块刚好静止不动。(3) 物块与墙之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。【典例2】 如图所示，把球夹在竖直墙面AC和木板BC之间，不计摩擦，球对墙的压力为N1，球对板的压力为N2，在将板BC逐渐放至水平的过程中，下列说法中正确的是()A. N1和N2都增大B. N1和N2都减小C. N1增大，N2减小D. N1减小，N2增大知识点二 对超重与失重的理解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。若视重大于重力是超重，反之是失重。2. 超重、失重的分析特征状态加速度视重(F)与重力的关系运动情况受力图超重向上F=m(g+a)mg向上加速或向下减速失重向下F=m(g-a)mg向下加速或向上减速完全失重向下a=gF=0抛体运动、自由落体运动、卫星的运动等【名师点睛】 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. 发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化。3. 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。4. 判断超重、失重状态的方法物体究竟处于超重状态还是失重状态，可用三个方法判断：（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。（3） 从运动的角度判断，当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态，当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。知识点二 对超重与失重的理解【典例探究】【典例3】关于超重和失重，下列说法正确的是() A. 物体处于超重状态时，物体一定在上升 B. 物体处于失重状态时，物体可能在上升 C. 物体处于完全失重状态时，地球对它的引力就消失了 D. 物体处于完全失重状态时，它所受到的合外力为零 【典例4】 在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，晓敏同学站在体重计上，体重计示数为50kg，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示，则在这段时间内( ) A. 晓敏同学所受的重力变小了 B. 晓敏同学对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力 C. 电梯一定在竖直向下运动 D. 电梯的加速度大小为，方向一定竖直向下【典例5】 一个质量是60 kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂着一个弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量是50 kg的物体。当升降机向上运动时，该人看到弹簧测力计的示数为400 N，求此时人对升降机地板的压力。(g取10 m/s2)【审题指导】(1) 根据测力计的示数判断加速度的方向。(2) 人的加速度与物体的加速度是相同的。答案与解析1.【答案】【解析】由于物块刚好静止，物块与墙之间为最大静摩擦力，可认为是滑动摩擦力，由平衡条件得：在x轴方向：FNFcos 在y轴方向：mgFsin Ff，FfFN由以上两式得：F.2.【答案】B【解析】此题为一动态平衡问题。受力情况虽有变化，但球始终处于平衡状态。解法一：图解法。对球受力分析，它受重力G、墙对球的支持力N1和板对球的支持力N2而平衡。画出N1、N2、G三力构成的闭合矢量三角形。板BC逐渐放至水平的过程中，如图所示，N1的方向不变，大小逐渐减小，N2的方向发生变化，大小也逐渐减小，由牛顿第三定律可知： N1N1，N2N2，故B正确。解法二：解析法对球受力分析如图所示，受重力G、墙对球的支持力N1和板对球的支持力N2而平衡。则FG，N1Ftan，N2，所以N1Gtan， N2。在板BC逐渐放至水平的过程中，逐渐减小，由上式可知，N1减小，N2也减小，根据牛顿第三定律可知，N1N1，N2N1，故B正确。3. 【答案】B【解析】 物体处于超重状态时，具有向上的加速度，但其运动方向不确定，可能向上加速，也可能向下减速，A错误；物体处于失重或者是完全失重状态时，具有向下的加速度，可能向下加速，也可能向上减速，B正确；完全失重时，物体仍受到地球对它的吸引力，即受到重力的作用，合外力不为零，C、D错误。4.【答案】D5.【答案】480 N方向竖直向下【解析】以物体为研究对象，受力分析如图所示，选取向上的方向为正方向，由牛顿第二定律得：FTmgma，am/s22 m/s2再以人为研究对象，他受到向下的重力m人g和地板的支持力FN，由牛顿第二定律得：FNm人gm人a，FNm人am人g60(102)N480 N由牛顿第三定律可知，人对地板的压力为480 N，方向竖直向下。