第七課時用運動定律解決問題二

第四章 牛頓運動定律第七課時

用牛頓運動定律解決問題(二)欄目鏈接2012年6月16日，我國三名航天員乘坐中國自主研制的“神舟”九號飛船在太空飛行13天后，于6月29日10時降落在內蒙古四子王旗阿木古都草原．航天員景海鵬、劉旺、劉洋勝乘坐“神舟”九號飛船在太空繞地球飛行的過程中，處于完全失重狀態(tài)，他們還受重力嗎？欄目鏈接欄目鏈接1.知道超重和失重是生活中的常見現象，會用牛頓運動定律加以解釋.2.會解決共點力平衡問題.欄目鏈接欄目鏈接要點1共點力的平衡條件平衡狀態(tài)是指一個物體在力的作用下，保持

靜止

或

勻速直線運動狀態(tài)．共點力作用下物體的平衡條件是合力為零，即

F合＝

0

，物體所受合力為零，則在任一方向上，物體所受的合力都為零，即Fx＝

0

、Fy＝

0

.欄目鏈接我們在電視節(jié)目中看到過一類很驚險的雜技節(jié)目，或頂碗、或走鋼絲、或一個男演員在肩膀上放一根撐桿，一個小女孩在桿上做出很多優(yōu)美、驚險的動作，或將椅子疊放得很高，每張椅子都只有一只腿支撐，一個演員在椅子不同高度處做各種動作……這些節(jié)目有一個共同點，就是要保證碗或演員不能摔下來，實際上，演員們的表演都是很成功的，為什么演員或碗不會掉下來呢？欄目鏈接1．對靜止的理解．靜止與速度v＝0不是一回事，物體保持靜止狀態(tài)，說明v＝0和a＝0這兩個條件同時成立．若僅是v＝0，a≠0，如上拋到最高點的物體，此時物體并不能保持靜止，上拋到最高點的物體并非處于平衡狀態(tài)，所以平衡狀態(tài)是指加速度為零的狀態(tài)，而不是速度為零的狀態(tài)．欄目鏈接2．求解共點力作用下物體平衡的方法．解三角形法：這種方法主要用來解決三力平衡問題．根據平衡條件并結合力的合成或分解的方法，把三個平衡力轉化為三角形的三條邊，然后通過解這個三角形求解平衡問題．若力的三角形不是直角三角形，可利用力的三角形與空間幾何三角形相似求解．正交分解法：處理三力或三力以上的平衡問題時非常方便．此時平衡條件可表示為Fx合＝0，Fy合＝0.欄目鏈接(3)涉及多物體的平衡問題時，通常是整體法與隔離法交替使用．特別提示：1.靜止與速度v＝0不是一回事．2．對物理中的“緩慢移動”可認為物體的移動速

度很小，趨于零，因此可把這種情況當做處于平衡狀態(tài)，按物體處于平衡狀態(tài)進行分析和處理．欄目鏈接答案：AC欄目鏈接2．(雙選)如圖所示，氫氣球受風力作用而使拉住它的細繩與地面的夾角為θ，在細繩被剪斷的瞬間，氣球所受外力的合力為(氫氣球的重力忽略不計)()欄目鏈接A．與原來繩子的拉力大小相等，方向相反B．沿風力方向，大小等于風力

C．沿豎直方向向上，大小等于氣球所受的浮力D．與原來繩子的拉力方向相反，大小等于風力與浮力的合力答案：AD欄目鏈接要點2 超重和失重不論物體處于何種運動狀態(tài)，物體的重力并不發(fā)生變化．超重：當物體具有

向上的加速度時(包括向上加速或向下減速兩種情況)，物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)

大于物體所受重力的現象．失重：物體具有

向下的加速度時(包括向下加速或向上減速兩種情況)，物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)

小于自身重力的現象．欄目鏈接4．完全失重：物體以加速度a＝g向

下豎直加速或向上減速時(自由落體運動、處于繞星球做勻速圓周運動的飛船里或豎直上拋時)，物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)等于

0

的現象．欄目鏈接小星家住十八樓，每天上學放學均要乘豎直升降電梯上下樓．下樓時，在電梯里，開始他總覺得有種“飄飄然”的感覺，背的書包也感覺變“輕”了．快到底樓時，他總覺得自己有種“腳踏實地”的感覺，背的書包也覺得變“重”了．這是為什么呢？欄目鏈接超重、失重和完全失重的比較欄目鏈接特別提示：1.判斷一個物體處于超重還是失重狀態(tài)，主要根據加速度沿豎直方向的分量方向進行判斷，若豎

直向上，則超重，若豎直向下，則失重．2．“超重”不是說重力增加了，“失重”也不是說重力減少了，“完全失重”也不是說重力完全消失了．在發(fā)生超重、失重現象時，物體的重力依然存在，且不發(fā)生變化．欄目鏈接答案：C欄目鏈接答案：D欄目鏈接欄目鏈接題型1

共點力平衡例1在科學研究中，可以用風力儀直接測量風力的大小，其原理如圖所示．儀器中一根輕質金屬絲懸掛著一個金屬球．無風時，金屬絲豎直下垂；當受到沿水平方向吹來的風時，金屬絲偏離豎直方向一個角度．風力越大，偏角越大．通過傳感器，就可以根據偏角的大小指示出風力．那么風力大小F跟金屬球的質量m、偏角θ之間有什么樣的關系呢？欄目鏈接解析：取金屬球為研究對象，有風時，它受到三個力的作用：重力mg、水平方向的風力F和金屬絲的拉力FT，如右圖所示．這三個力是共點力，在這三個共點力的作用下金屬球處于平衡狀態(tài)，則這三個力的合力為零，根據任意兩力的合力與第三個力等大反向求解，可以根據力的三角形定則求解，也可以用正交分解法求解．用力的合成法(如圖所示)，風力F和拉力FT的合力與重力等大反向，由平行四邊形定則可得：F＝mgtan

θ.欄目鏈接1．下圖為節(jié)日里懸掛燈籠的一種方式，A、B點等高，

O為結點，輕繩AO、BO長度相等，拉力分別為FA、FB，燈籠受到的重力為G.下列表述正確的是(B

)A．FA一定小于GB．FA與FB大小相等C．FA與FB是一對平衡力

D．FA與FB大小之和等于G欄目鏈接題型2

超重、失重現象的分析例2一個人站在體重計的測盤上，在人下蹲的過程中，指針示數變化應是(

)A．先減小，后還原

B．先增加，后還原C．始終不變

D．先減小，后增加，再還原欄目鏈接解析：人蹲下的過程經歷了加速向下、減速向下和靜止這三個過程．(1)在加速向下時，人獲得向下的加速度a，由牛頓第二定律得：mg－FN＝ma，FN＝m(g－a)＜mg，由此可知彈力FN，將小于重力mg.欄目鏈接在向下減速時，人獲得向上的加速度a，由牛頓第二定律得：FN－mg＝ma，FN＝m(g＋a)＞mg，彈力FN將大于mg.當人靜止時：FN＝mg.答案：D欄目鏈接名師點睛：人蹲下的過程中由初態(tài)的靜止到末態(tài)的靜止，所以必先加速(加速度向下)，再減速(加速度向上)，所以先失重，后超重，最后靜止，處于平衡狀態(tài)，明確人重心的運動過程是解題的關鍵．在生活中，只要留心觀察，就會看到超重或失重現象．欄目鏈接2.(雙選)如右圖，木箱內有一豎直放置的彈簧，彈簧上方有一物塊，木箱靜止時彈簧處于壓縮狀態(tài)且物塊壓在箱頂上．若在某一段時間內，物塊對箱頂剛好無壓力，則在此段時間內，木箱的運動狀態(tài)可能為(BD

)A．加速下降

B．加速上升

C．減速上升

D．減速下降欄目鏈接題型3

超重、失重的計算例3某大型游樂場內，有一種能使人體驗超重、失重感覺的大型娛樂設施，該設施用電梯將乘坐有十多人的座艙懸停在幾十米的高空處，然后讓座艙從高空自由落下(此時座艙受到的阻力極小，可忽略)，當落至一定位置時，良好的制動系統(tǒng)開始工作，使座艙落至地面時剛好停止．假設座艙開始下落時的高度為80

m，當下落至距地面

30

m時，開始對座艙進行制動，并認為座艙的制動過程是

勻減速運動．欄目鏈接(1)當座艙從開始下落了20

m時，質量是60

kg的人對座艙的壓力為多大？試說明理由．(2)當座艙下落到距離地面10 m位置時，人對座艙的壓力與人所受到的重力之比是多少？解析：設座艙距地面30

m時速度為v，h1＝50

m，h2＝30

m.(1)開始自由下落過程人和座艙只受重力，此時a＝g，由牛頓第二定律得：mg－FN1＝ma則FN1＝0欄目鏈接(2)開始自由下落的階段，由運動學公式得：v2＝2gh1①制動減速階段，由運動學公式得：v2＝2ah2②由牛頓第二定律得：FN2－mg＝ma③由①②得：a＝3g5

④由③④得：FN2＝83mg欄目鏈接由牛頓第三定律，人對座椅的壓力FN2′＝FN2，則FN2′8mg

＝3.8答案：(1)0

(2)3名師點睛：解此類題同樣要正確選取研究對象，以加速度方向為正方向，應用牛頓第二定律列式求解．還要注意的是，應用牛頓第二定