能用牛顿运动定律解决有关超重和失重问题课件.ppt

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1、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

2、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

3、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

4、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/s2)()A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为2 m/s2B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为4 m/s2C.电梯可能向下减速运动,加速度大小为2 m/s2D.电梯可能向上减速运动,加速度大小为2 m/s2

5、,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/s2,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G1=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G2=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)

6、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FAcos 37=G1FAsin 37=FB可解得BP绳的拉力为FB=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Ff=G2sin 37+FBcos 37FN+

7、FBsin 37=G2cos 37又由相互作用力关系知FB=FB解得Ff=64.8 N,FN=76.4 N。答案:76.4 N64.8 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FN垂直于板面,大小为kv2,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/s2,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

8、点力平衡条件可得FNcos=mg,FNsin=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

9、=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

10、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t1到t2,物块处于失重状态B.从时刻t3到t4,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,t1t2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;t3t4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

11、,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v0=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/s2),思维导图“绳子突然断裂”后,重物不会立刻下落,而是以v0为初速度做竖直上抛运动。如图所示。,答案:7 s60 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、

12、球与球拍的接触时间,重力加速度取g=10 m/s2,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 sD.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

13、;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m2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=m2g,对m1受力分析,由平衡条件知,在沿杆的方向有m1gsin 30=Tsin 30,得T=m1g,可见m1m2=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v0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！,