物理《用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(二)》課件(新人教版必修1)

1、7用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(二) 一、共點(diǎn)力的平衡條件1共點(diǎn)力：一個(gè)物體受到幾個(gè)力的作用，如果這幾個(gè)力或 相交于一點(diǎn)，這樣的幾個(gè)力叫做共點(diǎn)力2平衡狀態(tài)：如果一個(gè)物體在力的作用下 ，我們就說(shuō)這個(gè)物體處于平衡狀態(tài)3共點(diǎn)力平衡的條件：在共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是.共同作用在同一點(diǎn)上雖不作用在同一點(diǎn)上，但它們的延長(zhǎng)線保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)合力為0二、超重和失重1物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體所受重力的現(xiàn)象，稱為超重現(xiàn)象2物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體所受重力的現(xiàn)象，稱為失重現(xiàn)象3完全失重：當(dāng)物體下落的加速度為g時(shí)，物體對(duì)支持物、懸掛物 ，好像完全沒(méi)有了 作用，這種狀態(tài)是

2、完全失重狀態(tài)大于小于完全沒(méi)有作用力重力一、速度為零與靜止?fàn)顟B(tài)的區(qū)別靜止與速度為零不是一回事，物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，說(shuō)明v0、a0同時(shí)成立，若僅有v0、a0，如上拋到最高點(diǎn)的物體，自由下落開(kāi)始時(shí)刻的物體等，它們此時(shí)刻的速度v0，但不能保持靜止?fàn)顟B(tài)，因此它們并非處于平衡狀態(tài)二、如何理解共點(diǎn)力作用下的平衡條件？1共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件：物體所受合力為零，即F0.2幾個(gè)推論：(1)二力平衡：當(dāng)物體受兩個(gè)力作用而平衡時(shí)，這兩個(gè)力必定大小相等、方向相反，作用在同一條直線上，其合力為零(2)三力匯交原理：物體在三個(gè)非平行力同時(shí)作用下處于平衡狀態(tài)，則這三個(gè)力必定共面且作用線相交于一點(diǎn)其中，任意兩個(gè)力的合力必定

3、與第三個(gè)力大小相等、方向相反，作用在一條直線上(3)多個(gè)力的平衡：物體在n個(gè)非平行力同時(shí)作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，n個(gè)力必定共點(diǎn)，合力為零，稱為n個(gè)共點(diǎn)力的平衡，其中任意(n1)個(gè)力的合力必定與第n個(gè)力等值反向，作用在同一直線上，是平衡力(4)均衡性原理：物體在幾個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)，這些力在任意方向上所有分力的合力必為零(5)閉合性原理：物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)，表示這三個(gè)力的有向線段必構(gòu)成一個(gè)封閉的三角形(6)如果物體只是在某一方向上處于平衡狀態(tài)，則該方向上合力為零，因此可以在該方向上應(yīng)用平衡條件列方程求解三、求解共點(diǎn)力作用下物體平衡的方法在受力分析基礎(chǔ)上，靈活選擇合適的處理方法是

4、解題的關(guān)鍵當(dāng)物體受三個(gè)共點(diǎn)力作用而平衡時(shí)，一般利用力的合成和分解構(gòu)建矢量三角形然后解三角形的方法，當(dāng)物體所受力超過(guò)三個(gè)時(shí)，一般采用正交分解法1解三角形法：這種方法主要用來(lái)解決三力平衡問(wèn)題根據(jù)平衡條件并結(jié)合力的合成或分解的方法，把三個(gè)平衡力轉(zhuǎn)化為三角形的三條邊，然后通過(guò)解這一三角形求解平衡問(wèn)題解三角形多數(shù)情況是解直角三角形，如果力的三角形并不是直角三角形，能轉(zhuǎn)化為直角三角形的盡量轉(zhuǎn)化為直角三角形，如利用菱形的對(duì)角線相互垂直的特點(diǎn)就得到了直角三角形，確實(shí)不能轉(zhuǎn)化為直角三角形時(shí)，可利用力的三角形與空間幾何三角形的相似等規(guī)律求解2正交分解法：(1)正交分解法在處理四力或四力以上的平衡問(wèn)題時(shí)非常方便，將

5、物體所受各個(gè)力均在兩互相垂直的方向上分解，然后分別在這兩個(gè)方向上列方程此時(shí)平衡條件可表示為： (2)應(yīng)用正交分解法解題的優(yōu)點(diǎn)：將矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算，使難度降低；將求合力的復(fù)雜的解三角形問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為正交分解后的直角三角形問(wèn)題，使運(yùn)算簡(jiǎn)便易行；當(dāng)所求問(wèn)題有兩個(gè)未知條件時(shí)，據(jù)這種表達(dá)形式可列出兩個(gè)方程，通過(guò)對(duì)方程組求解，使得求解更方便(3)解共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的一般步驟選擇研究對(duì)象對(duì)所選取的研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，并畫(huà)出受力圖對(duì)研究對(duì)象所受的力進(jìn)行處理一般情況下需要建立合適的直角坐標(biāo)系，對(duì)各力按坐標(biāo)軸進(jìn)行正交分解建立直角坐標(biāo)系時(shí)，一般盡量使更多的力落在坐標(biāo)軸上，以減少分解力的個(gè)數(shù)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化計(jì)算的目

6、的根據(jù)平衡條件分別建立平衡方程，對(duì)方程求解，必要時(shí)需對(duì)解進(jìn)行討論四、超重和失重現(xiàn)象的理解與認(rèn)識(shí)1實(shí)重、視重、超重、失重和完全失重的概念：實(shí)重：即物體的實(shí)際重力，它不隨物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化而變化視重：指物體對(duì)水平支持面的壓力或?qū)ωQ直懸掛線的拉力，它隨物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化超重：視重大于實(shí)重的現(xiàn)象失重：視重小于實(shí)重的現(xiàn)象完全失重：視重等于零的現(xiàn)象2超重、失重和視重的關(guān)系：加速度情況現(xiàn)象視重(F)視重(F)與實(shí)重(G)的關(guān)系平衡狀態(tài)a0勻速運(yùn)動(dòng)或靜止FmgFGa向上超重Fm(ga)FGa向下失重Fm(ga)FGag向下完全失重F0F0G3.對(duì)超重和失重現(xiàn)象應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，僅僅

7、是一種表象，是視重發(fā)生了改變，物體實(shí)際所受的重力始終不會(huì)變化(2)物體是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)與物體的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，僅僅根據(jù)速度方向無(wú)法判斷是超重還是失重(3)物體處于超重狀態(tài)時(shí)，物體有可能向上加速運(yùn)動(dòng)，也有可能向下減速運(yùn)動(dòng)，即只要物體的加速度方向是向上的，物體都處于超重狀態(tài)，物體的運(yùn)動(dòng)方向可能向上也可能向下；同理，物體處于失重狀態(tài)時(shí)，物體的加速度豎直向下，物體有可能向下加速運(yùn)動(dòng)，也有可能向上減速運(yùn)動(dòng)，但加速度方向是向下的(4)在完全失重狀態(tài)下，平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會(huì)消失，比如物體對(duì)桌面無(wú)壓力、單擺停止擺動(dòng)、浸在水中的物體不受浮力、液體對(duì)器壁沒(méi)有壓強(qiáng)等靠重力才能使用的儀器也不能再使

8、用，如天平、液體氣壓計(jì)等題型一平衡條件的應(yīng)用【例1】如圖471所示，一個(gè)重G60 N的物體放在水平地面上，當(dāng)它受到兩個(gè)與水平方向的夾角分別為45和30的斜向上的拉力F1和F2的作用時(shí)，仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，已知F120 N，F(xiàn)240 N求物體對(duì)地面的壓力大小、地面對(duì)物體的摩擦力的大小和方向【解析】選取物體為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行受力分析，它共受到五個(gè)力的作用：重力G，兩個(gè)拉力F1和F2，地面對(duì)它的支持力N和地面對(duì)它的摩擦力F.假設(shè)摩擦力F的方向水平向右，其合力為零在本題中選取水平與豎直方向建立直角坐標(biāo)系是合適的如圖472所示，將F1和F2分別進(jìn)行正交分解，由于物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，由平衡條件的分量式可得：F

9、2cos30FF1cos450F2sin30F1sin45NG0聯(lián)立解得N20 N，F(xiàn)14.64 N.由牛頓第三定律知，物體對(duì)地面的壓力等于20 N，地面對(duì)物體的靜摩擦力大小為14.64 N，方向水平向左【答案】壓力大小為20 N，方向豎直向下，靜摩擦力大小為14.64 N，方向水平向左規(guī)律總結(jié)：建立直角坐標(biāo)系將力進(jìn)行正交分解，運(yùn)用平衡條件的分量式是處理物體平衡問(wèn)題的最為普遍的方法，它原則上可以處理所有的共點(diǎn)力的平衡問(wèn)題，尤其在處理三個(gè)以上力的平衡問(wèn)題時(shí)，更顯示出它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在，通過(guò)正交分解將矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化成了代數(shù)運(yùn)算應(yīng)用11如圖473所示，質(zhì)量為m的物體，在水平力F的作用下，沿傾

10、角為的粗糙斜面向上做勻速運(yùn)動(dòng)，試求水平推力的大小解析：研究對(duì)象是質(zhì)量為m的物體，它做勻速運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài)，對(duì)它受力分析發(fā)現(xiàn)該物體受四個(gè)力作用，對(duì)于這類題我們往往采用正交分解法按圖474所示方法建立平面直角坐標(biāo)系，平衡方程為：FcosmgsinFf0FNmgcosFsin0FfFN題型二超重和失重【例2】一個(gè)質(zhì)量是50 kg的人站在升降機(jī)的地板上，升降機(jī)的頂部懸掛了一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)下面掛著一個(gè)質(zhì)量mA5 kg的物體A，當(dāng)升降機(jī)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，他看到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為40 N，如圖475所示，g取10 m/s2，求此時(shí)人對(duì)地板的壓力【解析】升降機(jī)所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)未知，但可由A物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

11、求得以A為研究對(duì)象，對(duì)A進(jìn)行受力分析如圖476所示選向下的方向?yàn)檎较?，由牛頓第二定律可得再以人為研究對(duì)象，他受到向下的重力m人g和地板的支持力FN.仍選向下的方向?yàn)檎较?，同樣由牛頓第二定律可得方程m人gFNm人a，所以FNm人gm人a50(102)N400 N.則由牛頓第三定律可知，人對(duì)地板的壓力為400 N，方向豎直向下【答案】對(duì)地板的壓力400 N，方向豎直向下規(guī)律總結(jié)：超重和失重問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用的延續(xù)，解題時(shí)首先要對(duì)物體進(jìn)行受力分析，然后抓住運(yùn)動(dòng)與力聯(lián)系的橋梁加速度，分析清楚物體在力的作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而解決超重和失重問(wèn)題應(yīng)用21一質(zhì)量為m40 kg的小孩站在電梯內(nèi)的體

12、重計(jì)上電梯從t0時(shí)刻由靜止開(kāi)始上升，在0到6 s內(nèi)體重計(jì)示數(shù)F的變化如圖477所示試問(wèn)：在這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度是多少？取重力的加速度g10 m/s2.解析：由題圖可知，在t0到t12 s的時(shí)間內(nèi)，體重計(jì)的示數(shù)大于mg，故電梯應(yīng)做向上的加速運(yùn)動(dòng)設(shè)在這段時(shí)間內(nèi)體重計(jì)作用于小孩的力為F1，電梯及小孩的加速度為a1，由牛頓第二定律，得F1mgma1，在這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度在t12 s到t25 s的時(shí)間內(nèi)，體重計(jì)的示數(shù)等于mg，故電梯應(yīng)做勻速上升運(yùn)動(dòng)，速度為t1時(shí)刻電梯的速度，即v1a1t1在這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度h2v1(t2t1)，在t25 s到t36 s的時(shí)間內(nèi)，體重計(jì)的示數(shù)小于mg，故

13、電梯應(yīng)做向上的減速運(yùn)動(dòng) 設(shè)這段時(shí)間內(nèi)體重計(jì)作用于小孩的力為F2，電梯及小孩的加速度為a2，由牛頓第二定律，得mgF2ma2，在這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度h3v1(t3t2) a2(t3t2)2，電梯上升的總高度hh1h2h3，由以上各式，利用牛頓第三定律和題文及題圖中的數(shù)據(jù)，解得h9 m.題型三牛頓定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)的綜合【例3】靜止在水平地面上的物體的質(zhì)量為2 kg，在水平恒力F推動(dòng)下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，4 s末它的速度達(dá)到4 m/s，此時(shí)將F撤去，又經(jīng)6 s物體停下來(lái)，如果物體與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)不變，求F的大小物體所受的摩擦力大小不變，由牛頓第二定律得Fma2由可求得水平恒力F的大小為Fm(a1a2)2

14、(1 )N3.3 N.【答案】3.3 N規(guī)律總結(jié)：解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，受力分析是關(guān)鍵，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)情況的分析同樣重要，特別是像這類運(yùn)動(dòng)過(guò)程較復(fù)雜的問(wèn)題，更應(yīng)注意對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的分析在分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)，一定弄清整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體的加速度是否相同，若不同，必須分段處理，加速度改變時(shí)的瞬時(shí)速度即是前后過(guò)程的聯(lián)系量分析受力時(shí)要注意前后過(guò)程中哪些力發(fā)生了變化，哪些力沒(méi)發(fā)生變化應(yīng)用31風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中可產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)節(jié)的風(fēng)力，現(xiàn)將一套有小球的細(xì)直桿放入風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，小球孔徑略大于細(xì)桿直徑，如圖478所示(1)當(dāng)桿在水平方向上固定時(shí)，調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小，使小球在桿上做勻速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)小球所受的風(fēng)力為小球所受重力的

15、0.5倍，求小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)(2)保持小球所受風(fēng)力不變，使桿與水平方向間夾角為37并固定，則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離x所需的時(shí)間為多少？(sin370.6)解析：(1)由于小球沿桿做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由受力情況如圖479所示，運(yùn)用牛頓第二定律可得：豎直方向：FNmg0水平方向：FFf0摩擦力公式：FfFN(2)此為由受力情況求解運(yùn)動(dòng)情況的問(wèn)題，小球受力情況如圖4710所示，由牛頓第二定律得：x軸方向：FcosmgsinFfmay軸方向：FNFsinmgcos0摩擦力公式：FfFN巴黎買(mǎi)鉆戒 /zh/jiezhi 巴黎買(mǎi)鉆戒 鉆戒，是戴在手指上的鉆石珠寶。鉆石是寶石中最堅(jiān)硬的一種，古羅馬

16、人一直認(rèn)為它代表生命和永恒伊舒二十一歲那一年在例行的體檢中被檢查出患有尿毒癥，在那之前伊舒每每都躊躊滿志的告訴她“姐，我還有一年就畢業(yè)了，我以后一定要成為一個(gè)大律師，我會(huì)掙很多很多的錢(qián)孝敬你跟媽媽?！币潦鎸?duì)畢業(yè)的渴望已然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了伊諾對(duì)他的期望。伊諾總是笑的欣慰“你呀，也不要再打那么多份兼職了，馬上就要畢業(yè)了，也該好好在學(xué)業(yè)上花點(diǎn)心思了，姐姐我、現(xiàn)在很好、工作也很好，媽媽呢、當(dāng)然也是希望你現(xiàn)在花更多的心思在學(xué)業(yè)上?！币林Z在那一年終于通過(guò)自己的努力升職成為她工作了三年之久的證券地點(diǎn)的副總，在那之前她打過(guò)不少的零工，沒(méi)有學(xué)歷、沒(méi)有背景，很多工作都是對(duì)她關(guān)閉大門(mén)。她輾轉(zhuǎn)多次好不容易進(jìn)了那家地點(diǎn)，卻因?yàn)闆](méi)有任何經(jīng)驗(yàn)只能從最基層開(kāi)始，又因?yàn)閷?duì)那種陌生的工作不了解，不得不花成倍的時(shí)間在那份工作上，她是如何從最基層走向那個(gè)職位，個(gè)中艱辛只有她自己最為清楚。之所以會(huì)選擇那樣一