2018-2019版高中物理第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律4.7用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(二)課件新人教版必修1

2018-2019版高中物理第四章牛頓(niúdùn)運(yùn)動(dòng)定律4.7用牛頓(niúdùn)運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(二)課件新人教版必修1第一頁(yè)，共36頁(yè)。1.理解共點(diǎn)力作用下物體平衡狀態(tài)的概念,能推導(dǎo)出共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件。2.會(huì)用共點(diǎn)力平衡條件解決(jiějué)有關(guān)力的平衡問(wèn)題。3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)超重和失重現(xiàn)象,理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實(shí)質(zhì)。4.進(jìn)一步掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決(jiějué)問(wèn)題的方法和步驟。第二頁(yè)，共36頁(yè)。一二三一、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)力作用于一點(diǎn),或作用力的延長(zhǎng)線相交(xiāngjiāo)于一點(diǎn),這樣的幾個(gè)力叫作共點(diǎn)力。2.平衡狀態(tài):如果一個(gè)物體在力的作用下保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),我們就說(shuō)這個(gè)物體處于平衡狀態(tài)。第三頁(yè)，共36頁(yè)。一二三物體保持靜止與物體在某一時(shí)刻的速度為零是一回事嗎?都是處于平衡狀態(tài)嗎?提示:不是。速度為零和靜止的外在形式一樣,但其受力本質(zhì)不一定一樣。靜止?fàn)顟B(tài)是物體在一段時(shí)間內(nèi)保持速度為零不變,其加速度也為零,物體處于平衡狀態(tài);而物體的瞬時(shí)速度為零時(shí),物體不一定處于平衡狀態(tài)。例如,將物體豎直上拋,物體到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)瞬時(shí)速度為零,但加速度不為(bùwéi)零,物體不處于平衡狀態(tài),故靜止的物體一定處于平衡狀態(tài),但速度為零的物體不一定處于平衡狀態(tài),兩者不可混淆。第四頁(yè)，共36頁(yè)。一二三二、超重(chāozhòng)和失重第五頁(yè)，共36頁(yè)。一二三俄羅斯國(guó)際空間站溫室內(nèi)的一滴水珠如下圖,它內(nèi)部的氣泡處于正中央,外外表是圓形的,靜靜地停留在植物的葉子上,為什么這種情況(qíngkuàng)只能出現(xiàn)在太空中?提示:地面上的水珠由于重力作用而呈“橢球形〞,在太空艙完全失重的環(huán)境中,水珠不受重力的影響而呈球形,同時(shí)水珠內(nèi)的氣泡不受浮力,只受壓力作用而處于正中央。第六頁(yè)，共36頁(yè)。一二三三、從動(dòng)力學(xué)看自由落體運(yùn)動(dòng)1.受力情況:運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只受重力作用,且重力恒定不變,所以(suǒyǐ)物體的加速度恒定。2.運(yùn)動(dòng)情況:初速度為零的豎直向下的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。3.在豎直上拋物體上升和下落的全過(guò)程中,物體的加速度大小不變,方向始終豎直向下,做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。第七頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四一、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F合=0。2.幾個(gè)推論:(1)二力平衡:當(dāng)物體受兩個(gè)(liǎnɡɡè)力作用而平衡時(shí),這兩個(gè)(liǎnɡɡè)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)力同時(shí)作用下處于平衡狀態(tài),那么這三個(gè)力必定共面且作用線相交于一點(diǎn)。其中,任意兩個(gè)(liǎnɡɡè)力的合力必定與第三個(gè)力大小相等、方向相反,作用在一條直線上。第八頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四(3)多個(gè)力的平衡:物體在n個(gè)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n-1個(gè)力的合力必定與第n個(gè)力等值反向(fǎnxiànɡ),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),那么該方向上合力為零,因此可以在該方向上應(yīng)用平衡條件列方程求解。第九頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四二、應(yīng)用平衡條件解決問(wèn)題的一般思路和步驟共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件的應(yīng)用所涉及的問(wèn)題都是“力〞,對(duì)物體進(jìn)行受力分析,對(duì)力進(jìn)行處理,然后結(jié)合平衡方程求解。因此解決平衡問(wèn)題的根本思路如下:根據(jù)問(wèn)題的要求和計(jì)算方便,恰當(dāng)?shù)剡x擇研究對(duì)象↓對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,畫出受力分析圖↓通過(guò)“平衡條件〞,找出各個(gè)力之間的關(guān)系,將量和未知量聯(lián)系起來(lái)↓求解,必要(bìyào)時(shí)對(duì)解進(jìn)行討論第十頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四三、應(yīng)用平衡條件解決問(wèn)題的常用方法1.對(duì)于平衡問(wèn)題,一般來(lái)說(shuō),可從平衡的觀點(diǎn)(根據(jù)平衡條件建立方程)求解——平衡法。(優(yōu)先推薦)2.從力的分解的觀點(diǎn)(將某個(gè)力按其效果分解)求解——分解法。3.數(shù)學(xué)方法(shùxuéfānɡfǎ):假設(shè)物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用,可用力的合成或力的分解將三個(gè)力轉(zhuǎn)化在一個(gè)三角形(通常稱作“力三角形〞)中,然后利用這個(gè)三角形的特點(diǎn)(直角三角形或非直角三角形)和題目的條件(角和邊的數(shù)值),靈活選用三角函數(shù)的定義式、正弦定理或相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例等數(shù)學(xué)工具解決問(wèn)題。第十一頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四4.正交分解法:將物體所受各力向相互垂直的兩個(gè)方向先分解,然后分別求出相互垂直的x、y兩個(gè)方向的合力且滿足平衡條件Fx=0、Fy=0。多用于物體受到三個(gè)以上共點(diǎn)力作用而平衡的情況。選擇坐標(biāo)方向時(shí),盡可能使落在x、y軸上的力較多,以減少力的分解次數(shù),簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程。5.整體法和隔離法:當(dāng)物體系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí),受力分析優(yōu)先選擇整體法;當(dāng)待求的力是系統(tǒng)內(nèi)力時(shí)必須使用隔離法將內(nèi)力轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)為外力求解。第十二頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四溫馨提示正交分解法是在平行四邊形定那么的根底上開展起來(lái)的,其目的是用代數(shù)運(yùn)算解決矢量運(yùn)算。在建立正交坐標(biāo)系時(shí),其根本原那么是使盡可能多的力落在坐標(biāo)軸上,這樣分解的力個(gè)數(shù)少,求解時(shí)方便。由于高中階段在對(duì)力進(jìn)行合成或分解時(shí)只要求會(huì)用直角三角形討論計(jì)算,因此,對(duì)物體所受的力進(jìn)行正交分解,利用正交分解法求解的平衡問(wèn)題(尤其(yóuqí)三個(gè)以上共點(diǎn)力作用下物體的平衡問(wèn)題)較為常見。第十三頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四四、如何理解超重和失重現(xiàn)象1.視重:當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤(táichèng)上時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤(táichèng)的示數(shù)稱為“視重〞,大小等于測(cè)力計(jì)所受的拉力或臺(tái)秤(táichèng)所受的壓力。第十四頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四2.超重(chāozhòng)、失重的分析:第十五頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四第十六頁(yè)，共36頁(yè)。一二三四溫馨提示(1)在地球外表附近,無(wú)論物體(wùtǐ)處于什么狀態(tài),其本身的重力G=mg始終不變。超重時(shí),物體(wùtǐ)所受的拉力(或支持力)與重力的合力方向向上,測(cè)力計(jì)的示數(shù)大于物體(wùtǐ)的重力;失重時(shí),物體(wùtǐ)所受的拉力(或支持力)與重力的合力方向向下,測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于物體(wùtǐ)的重力。(2)發(fā)生超重和失重現(xiàn)象,只決定于物體(wùtǐ)在豎直方向上的加速度。物體(wùtǐ)具有向上的加速度時(shí),處于超重狀態(tài);物體(wùtǐ)具有向下的加速度時(shí),處于失重狀態(tài);當(dāng)物體(wùtǐ)豎直向下的加速度為重力加速度時(shí),處于完全失重狀態(tài)。超重、失重與物體(wùtǐ)的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。第十七頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五【例題1】沿光滑的墻壁用網(wǎng)兜把一個(gè)足球掛在A點(diǎn)(如下圖),足球的質(zhì)量為m,網(wǎng)兜的質(zhì)量不計(jì),足球與墻壁的接觸點(diǎn)為B,懸繩與墻壁的夾角為α,求懸繩對(duì)球的拉力和墻壁對(duì)球的支持力。第十八頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五點(diǎn)撥:取足球作為研究對(duì)象,它共受到三個(gè)力的作用:重力G=mg,方向豎直向下;墻壁的支持力FN,方向水平向右;懸繩的拉力FT,方向沿繩的方向。重力的作用點(diǎn)在球心O點(diǎn),支持力FN沿球的半徑方向,G和FN的作用線必交于球心O點(diǎn),那么FT的作用線必過(guò)O點(diǎn),所以這三個(gè)力一定是共點(diǎn)力。既然是三力平衡,可以根據(jù)任意兩力的合力與第三力等大、反向求解,可以根據(jù)力的三角形求解,也可用正交分解法求解。第十九頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五解析:解法一(用合成法):取足球作為研究對(duì)象,如下圖,它受重力G=mg、墻壁的支持力FN和懸繩的拉力FT三個(gè)共點(diǎn)力作用而平衡,由共點(diǎn)力平衡的條件可知,FN和FT的合力F與G大小相等、方向相反,即F=G,從圖中力的平行四邊形可求得FN=Ftanα=mgtanα第二十頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五解法二(用分解法):取足球?yàn)檠芯繉?duì)象,受重力G、墻壁支持力FN、懸繩的拉力FT,如下圖,將重力G分解為F1'和F2',由共點(diǎn)力平衡條件可知,FN與F1'的合力必為零,FT與F2'的合力也必為零,所以第二十一頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五解法三(用相似三角形求解):取足球作為研究對(duì)象,其受重力G、墻壁的支持力FN、懸繩的拉力FT,如下圖,設(shè)球心為O,由共點(diǎn)力的平衡條件可知,FN和G的合力F與FT大小相等、方向相反,由圖可知,三角形OFG與三角形AOB相似,所以第二十二頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五題后反思應(yīng)用共點(diǎn)力的平衡條件解題的一般步驟:(1)確定研究對(duì)象:即在弄清題意的根底上,明確以哪一個(gè)物體(或結(jié)點(diǎn))作為解題的研究對(duì)象;(2)分析研究對(duì)象的受力情況:全面分析研究對(duì)象的受力情況,找出作用在研究對(duì)象上的所有外力,并作出受力分析圖,如果物體與別的接觸物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))時(shí),在圖上標(biāo)出相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))的方向,以判斷摩擦力的方向;(3)判斷研究對(duì)象是否處于平衡狀態(tài);(4)應(yīng)用共點(diǎn)力的平衡條件,選擇適當(dāng)?shù)姆椒?列平衡方程;(5)求解方程,并根據(jù)情況,對(duì)結(jié)果加以說(shuō)明或進(jìn)行必要的討論。第二十三頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五【例題2】如下圖,在傾角為θ的光滑斜面上有一光滑擋板A,在擋板和斜面之間夾一質(zhì)量為m的重球B,開始時(shí)板A處于豎直位置,現(xiàn)使其下端繞O沿逆時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)至水平位置,分析重球B對(duì)斜面和對(duì)擋板壓力的變化情況是()A.對(duì)斜面的壓力逐漸減小,對(duì)擋板的壓力也逐漸減小B.對(duì)斜面的壓力逐漸變大,對(duì)擋板的壓力那么逐漸減小C.對(duì)斜面的壓力逐漸減小,對(duì)擋板的壓力先變小后變大D.對(duì)斜面的壓力逐漸減小,對(duì)擋板的壓力先變大后變小點(diǎn)撥:此題不涉及定量計(jì)算,僅僅判斷力的大小的變化情況,是平衡問(wèn)題中典型的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題,因此采用圖解法。第二十四頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五解析:分析球的受力,球受到重力mg、擋板對(duì)球的彈力FA及斜面對(duì)球的支持力FB,如下圖,球處于靜止?fàn)顟B(tài),彈力FA與FB的合力F大小等于重力大小,方向豎直向上。以F為對(duì)角線,以FA、FB為鄰邊可畫出無(wú)數(shù)個(gè)平行四邊形。當(dāng)擋板下端繞O沿逆時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)至水平位置的過(guò)程中,可以看出表示彈力FA的邊的長(zhǎng)度先變小后變大,即表示彈力FA先變小后變大;表示支持力FB的邊的長(zhǎng)度一直變短,即說(shuō)明FB一直變小。由牛頓第三定律可知,球?qū)醢宓膲毫ο茸冃『笞兇?對(duì)斜面的壓力逐漸減小。答案:C第二十五頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五題后反思所謂動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題,就是通過(guò)控制某一物理量,使其他物理量發(fā)生緩慢變化,而變化過(guò)程中的任何一個(gè)狀態(tài)都是平衡的。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是理解“緩慢〞的含義,即物體在這一連續(xù)過(guò)程中始終保持平衡狀態(tài),因此始終滿足平衡條件。解決平衡問(wèn)題的關(guān)鍵是抓住不變量,依據(jù)不變的量來(lái)確定其他量的變化。處理這一問(wèn)題往往使用圖解法,通過(guò)作圖,從表示力的線段的長(zhǎng)短變化就可以直觀地判斷力的大小的變化。觸類旁通在例題2中,擋板轉(zhuǎn)到什么方向時(shí),球?qū)醢宓膲毫τ凶钚≈?最小值為多少?解析:擋板和斜面垂直時(shí),球?qū)醢宓膲毫τ凶钚≈?最小值為mgsinθ。答案:見解析第二十六頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五【例題3】如下圖,在粗糙水平地面上放著一個(gè)截面為四分之一圓弧的柱狀物體A,A的左端緊靠豎直墻,A與豎直墻之間放一光滑圓球B,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),假設(shè)把A向右移動(dòng)少許后,它們?nèi)蕴幱陟o止?fàn)顟B(tài),那么()A.球B對(duì)墻的壓力增大B.物體A與球B之間的作用力增大C.地面對(duì)物體A的摩擦力減小D.物體A對(duì)地面的壓力減小點(diǎn)撥:A、B兩個(gè)物體都處于靜止?fàn)顟B(tài),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同。在判斷地面對(duì)A的摩擦力、A對(duì)地面的壓力以及墻壁對(duì)B的彈力時(shí),可將A、B兩個(gè)物體看作一個(gè)整體來(lái)處理。判斷A、B間的作用力時(shí),可以隔離B物體進(jìn)行分析。第二十七頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五解析:將A、B作為一個(gè)整體來(lái)研究,受力如下圖,受到總的重力GA+GB、地面對(duì)A的支持力FNA、地面的靜摩擦力FfA、墻壁對(duì)B的彈力FNB。根據(jù)平衡條件有水平方向:FfA=FNB豎直方向:FNA=GA+GB可見,當(dāng)A向右移動(dòng)少許時(shí),物體A對(duì)地面的壓力不變。第二十八頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五再隔離物體B分析,如下圖,受到重力GB、墻壁的彈力FNB、A對(duì)B的彈力FN三個(gè)力的作用。根據(jù)平衡條件可知,彈力FN和FNB的合力與GB等大反向,如圖。那么有FNB=GBtanθA向右移動(dòng)時(shí),角度θ減小,那么彈力FN和FNB都減小,FfA減小。結(jié)合牛頓第三定律,球B對(duì)墻的壓力減小。應(yīng)選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤,C正確。答案:C題后反思當(dāng)涉及多個(gè)研究對(duì)象時(shí),如果一個(gè)一個(gè)地用隔離法來(lái)研究,不僅麻煩,而且無(wú)法直接判斷它們之間的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),較難處理,但采用整體法來(lái)解決,就直觀容易得多,必要時(shí)再隔離物體進(jìn)行分析。第二十九頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(lèixíng)二類型(lèixíng)三類型四類型五【例題4】關(guān)于超重和失重,以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.物體處于超重時(shí),物體一定在上升B.物體處于失重狀態(tài)時(shí),物體可能在上升C.物體處于完全失重時(shí),地球?qū)λ囊拖Я薉.物體在完全失重時(shí),它所受到的合外力為零點(diǎn)撥:物體加速度向上處于超重狀態(tài),加速度向下處于失重狀態(tài)。超重時(shí),是“視重〞大于實(shí)重;失重時(shí),是“視重〞小于實(shí)重。解析:物體處于超重時(shí),具有向上的加速度,但其運(yùn)動(dòng)方向不確定,可能向上加速,也可能向下減速,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;物體處于失重或者是完全失重狀態(tài)時(shí),都具有向下的加速度,可能向下加速,也可能向上減速,選項(xiàng)B正確;完全失重時(shí),物體仍受到地球?qū)λ奈?即受到重力的作用,合外力不為零,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。第三十頁(yè)，共36頁(yè)。類型(lèixíng)一類型(