《浙江版2017-2018学年高一物理新人教版必修1《学案导学与随堂笔记》学案：第4章 牛顿运动定律7》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江版2017-2018学年高一物理新人教版必修1《学案导学与随堂笔记》学案：第4章 牛顿运动定律7（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7用牛顿运动定律解决问题(二)知识内容考试要求必考加试共点力平衡条件及应用cc超重与失重b课时要求.1.知道物体处于平衡状态的运动学特征.2.知道共点力平衡的条件，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.4.能根据加速度的方向，判断物体的超重和失重现象一、共点力的平衡1.平衡状态：静止或匀速直线运动状态.2.平衡条件：(1)F合0(或加速度a0)(2)二、超重和失重1.超重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象，称为超重现象.2.失重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象
2、，称为失重现象.3.完全失重：如果物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，这时物体正好以大小等于g、方向竖直向下的加速度运动，此时物体处于完全失重状态.三、从动力学看自由落体运动和竖直上抛运动1.自由落体运动(1)条件：物体从静止开始下落，即运动的初速度是0；运动过程中只受重力的作用，根据牛顿第二定律mgma，所以ag.(2)运动性质：v00、ag的匀加速直线运动.2.竖直上抛(1)条件：具有竖直向上的初速度.只受重力.(2)运动性质：初速度v00、加速度ag的匀变速直线运动.即学即用判断下列说法的正误.(1)当物体的速度为零时，物体一定处于平衡状态.()(2)沿光滑斜面下滑的物体处于平衡状态.(
3、)(3)物体所受合力为零时，就一定处于平衡状态.()(4)物体处于超重时，物体一定在上升.()(5)物体处于失重时，物体可能在上升.()(6)物体处于完全失重时，物体的重力就消失了.()(7)物体做竖直上抛运动时，处于超重状态.()一、共点力的平衡条件导学探究(1)物体只有在不受力作用时，才能保持平衡状态吗？(2)速度等于零时，物体一定处于平衡状态吗？答案(1)不是.因为处于平衡状态时，物体所受的合力为零，而不只是不受力作用.(2)不一定.平衡状态表现为速度始终不变，当物体某一瞬间的速度为零时，但速度要发生变化，即加速度不为零时，就不是平衡状态.知识深化平衡条件的四个推论1.二力作用平衡时，二
4、力等大、反向.2.三力作用平衡时，任意两个力的合力与第三个力等大、反向.3.多力作用平衡时，任意一个力与其他所有力的合力等大、反向.4.物体处于平衡状态时，沿任意方向上分力之和均为零.例1在光滑墙壁上用网兜把足球挂在A点，足球与墙壁的接触点为B，如图1所示.足球的质量为m，悬绳与墙壁的夹角为，网兜的质量不计，求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力的大小.图1答案mgtan 解析取足球为研究对象，它共受到三个力的作用：重力Gmg，方向竖直向下；墙壁的支持力F1，方向水平向左；悬绳的拉力F2，方向沿绳的方向.这三个力一定是共点力，重力的作用点在球心，支持力F1沿球的半径方向.G和F1的作用线必交于球心
5、，则F2的作用线必过球心.既然是三力平衡，可以根据任意两力的合力与第三个力等大、反向求解，也可用正交分解法求解.解法1：合成法取足球为研究对象，它受重力Gmg、墙壁的支持力F1和悬绳的拉力F2三个共点力作用而平衡，由共点力平衡的条件可知，F1和F2的合力F与G大小相等、方向相反，即FG，如图甲所示，由力的平行四边形定则可求得：F1Ftan mgtan ，F2.解法2：分解法取足球为研究对象，如图乙所示，将重力G分解为F1和F2，由共点力平衡条件可知，F1与F1的合力必为零，F2与F2的合力也必为零，所以F1F1mgtan ，F2F2.解法3：正交分解法取足球为研究对象，如图丙所示，取水平方向为
6、x轴，竖直方向为y轴，将F2分别沿x轴和y轴方向进行分解.由平衡条件可知，在x轴和y轴方向上的合力Fx合和Fy合应分别等于零，即Fx合F2sin F10Fy合F2cos G0由式解得F2代入式得F1F2sin mgtan .二、超重和失重导学探究如图2所示，某人乘坐电梯正在向上运动.图2(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？(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(1)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
7、为零，所以支持力等于重力.(2)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.知识深化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.2.超重、失重的比较：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Fm(ga)mg向上加速或向下减速失重向下由mgFma得Fm(ga)mg向下加速或向上减速完全失重ag由mgFma得F0自由落体，抛体，正常运行的卫星等
8、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、摆钟将停止摆动，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2(2015浙江重点中学期末)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50 kg，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3所示，在这段时间内下列说法正确的是()图3A.晓敏同学所受的重力变小了B.晓敏对体重计的压
9、力大于晓敏的重力C.电梯一定在竖直向下运动D.电梯的加速度大小为，方向一定竖直向下答案D解析晓敏在这段时间内处于失重状态，是由于晓敏对体重计的压力变小了，而晓敏的重力没有改变，A、B错误；人处于失重状态，加速度向下，运动方向可能向上，也可能向下，故C错误；以竖直向下为正方向，有：mgFma，即50g40g50a，解得a，方向竖直向下，故D正确.例3在电梯中，把一物体置于台秤上，台秤与力传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图象如图4所示.试由此图回答问题：(g取10 m/s2)图4(1)该物体的重力是多少？电梯在超
10、重和失重时物体的重力是否变化？(2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？答案(1)30 N不变(2)6.67 m/s26.67 m/s2解析(1)根据题意4 s到18 s物体随电梯一起匀速运动，由共点力平衡的条件知：压力和重力相等，即G30 N；根据超重和失重的本质得：物体的重力不变(2)超重时：支持力最大为50 N，由牛顿第二定律得a1 m/s26.67 m/s2，方向向上失重时：支持力最小为10 N，由牛顿第二定律得a2 m/s26.67 m/s2，方向向下.三、从动力学观点看自由落体和竖直上抛运动导学探究自由落体运动和竖直上抛运动有什么共同点？答案(1)都只受重力作用，是ag的
11、匀变速直线运动.(2)都处于失重状态.(3)竖直上抛运动到最高点的逆过程是自由落体运动，竖直上抛运动到最高点后的过程是自由落体运动.知识深化对竖直上抛运动的理解1.性质：竖直上抛运动是初速度方向竖直向上，加速度为g的匀变速直线运动.2.特点(1)上升过程：加速度与速度方向相反，物体做匀减速直线运动；下降阶段，加速度与速度方向相同，物体做自由落体运动.(2)在最高点时，物体速度为零，但加速度仍为g.3.运动规律：基本公式例4气球下挂一重物，以v010 m/s的速度匀速上升，当到达离地面高175 m处时，悬挂重物的绳子突然断裂，那么重物经多长时间落到地面？落地速度多大？(空气阻力不计，g取10 m
12、/s2)答案7 s60 m/s解析解法一分段法绳子断裂后，重物先匀减速上升，速度减为零后，再匀加速下降.重物上升阶段，时间t11 s，由v2gh1知，h15 m重物下降阶段，下降距离Hh1175 m180 m设下落时间为t2，则Hgt，故t2 6 s重物落地速度vgt260 m/s，总时间tt1t27 s解法二全程法取初速度方向为正方向重物全程位移hv0tgt2，h175 m可解得t17 s，t25 s(舍去)由vv0gt，得v60 m/s，负号表示方向竖直向下.1.分段法(1)上升过程：v00、ag的匀减速直线运动.(2)下降过程：自由落体运动.2.全程法(1)整个过程：初速度v0向上、加速
13、度g竖直向下的匀变速直线运动，应用规律vv0gt，hv0tgt2.(2)正负号的含义v0表示物体上升，v0表示物体下降.h0表示物体在抛出点上方；h0表示物体在抛出点下方.1.(共点力的平衡)如图5所示，一只质量为m的萤火虫停在倾角为的枝条上.枝条对萤火虫的作用力大小为()图5A.mgsin B.mgcos C.mgtan D.mg答案D解析萤火虫是静止的，所以处于平衡状态，它受到的重力竖直向下，大小为mg，以及来自下面枝条的力，说明枝条对它的力与重力的大小相等方向相反，所以枝条对萤火虫的作用力大小为mg，方向竖直向上.2.(超重和失重问题的分析)如图6所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的
14、过程中的vt图象，则()图6A.物体在02 s处于失重状态B.物体在28 s处于超重状态C.物体在810 s处于失重状态D.由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态答案C解析从加速度的角度判断，由题意知02 s物体的加速度竖直向上，则物体处于超重状态；28 s物体的加速度为零，物体处于平衡状态；810 s物体的加速度竖直向下，则物体处于失重状态，故C正确.3.(超重、失重和完全失重的有关计算)质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上，如图7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.图7(1)匀速上升；(2)以4 m/s2的加速度加速上升；(3)以5 m/s2的加速度加速下降.答案(1)600 N(2)840 N(3)300 N解析(1)匀速上升时：由平衡条件得：FN1mg600 N，由牛顿第三定律得：人对体重计压力为600 N，即体重计示数为600 N.(2)加速上升时，由牛顿第二定律得：FN2mgma1，FN2mgma1840 N由牛顿第三定律得：人对体重计压力为840 N，即体重计示数为840 N.(3)加速下降时，由
