高中物理 第四章 牛頓運動定律 4.7 用牛頓運動定律解決問題（二）教案1 新人教版必修1

1、4.7 用牛頓運動定律解決問題（二）知識點1. 超重與失重、完全失重的條件與特點2. 輕質(zhì)量物體的牛頓定律問題3. 整體和隔離法、牛頓第二定律在連接體問題中的應用教學目標1、進一步學習分析物體的受力情況，能結合力的性質(zhì)和運動狀態(tài)進行分析2、應用牛頓第二定律解決動力學的兩類基本問題3、掌握應用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法教學重點超重和失重教學難點超重和失重教學過程 一、復習預習1運動學公式.2牛頓三大定律.3已知物體的受力情況求運動。4已知物體的運動情況求受力。 二、知識講解考點/易錯點1 共點力的平衡條件1、 如果一個物體在力的作用下保持靜止或勻速直線狀態(tài)，我們就說這個物體處于平衡狀態(tài)

2、.2、 共點力作用下物體的平衡條件是合力為 0.3、 三個力平衡，合外力為零，則其中一個力與另外兩個力的合力必定大小相等、方向相反。4、 多個力的平衡，若物體受多個力的作用而處于平衡狀態(tài)，則這些力中的某一個力一定與其余力的合力大小相等、方向相反?？键c/易錯點2 超重現(xiàn)象超重現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象，稱為超重現(xiàn)象。超重現(xiàn)象產(chǎn)生的條件：物體具有豎直向上的加速度，即做加速上升或減速下降運動。當電梯加速下降（或減速上升）時，加速度向下,a0,m(g+a)mg。人對電梯地板的壓力比重力小?？键c/易錯點3 失重現(xiàn)象物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受

3、重力的現(xiàn)象，稱為失重現(xiàn)象。失重現(xiàn)象產(chǎn)生的條件：物體具有豎直向下的加速度，即做加速下降或減速上升運動。如果物體以大小等于g的加速度豎直下落，則m(g+a)=0，物體對支持物、懸掛物完全沒有作用力，好像完全沒有重力作用，這種狀態(tài)是完全失重狀態(tài)?？键c/易錯點4、連接體問題1）加速度是聯(lián)系運動和力的紐帶在牛頓第二定律公式（）和運動學公式（勻變速直線運動公式，等）中，均包含有一個共同的物理量加速度受力-加速度-運動2）簡單連接題問題的處理方法連接體：是指運動中的幾個物體或者上下疊放，或者前后擠靠，或者通過細桿、細繩或輕彈簧連接在一起而形成整體（或物體組）連接體問題的處理方法通常是整體法和隔離法整體法：若

4、連接體具有相同的加速度，可以把連接體看成一個整體作為研究對象在進行受力分析時，要注意區(qū)分內(nèi)力和外力，采用整體法時只分析外力，不分析內(nèi)力如圖所示，置于光滑水平面上的兩個物體和，用輕繩連接，繩與水平方向的夾角為，在上施一水平力，求兩物體運動的加速度這時，我們就可以把和作為整體來研究，則有：，所以以整體為研究對象來求解，可以不考慮物體之間的作用力，列方程簡單，求解容易隔離法：把研究的物體從周圍物體中隔離出來，單獨進行分析上題中若要求繩的拉力，則必須將（或）隔離出來，單獨進行分析例如隔離，則有：，所以 三、例題精析【例題1】 【題干】彈簧上掛著一個質(zhì)量m=1kg的物體，在下列各種情況下，彈簧秤的示數(shù)各

5、為多少？（取g=10m/s2）（1）以v=5m/s速度勻速下降（2）以a=5m/s2的加速度豎直加速上升（3）以a=5m/s2的加速度豎直加速下降（4）以重力加速度g豎直減速上升 【答案】10N，15N，5N,0【解析】對物體受力分析，如圖所示，1）勻速下降時，由平衡條件得F=mg=10N2)以向上為正方向，由牛頓第二定律F-mg=maF=m(g+a)=15N3)取向下方向為正方向，由牛頓第二定律mg-F=maF=m(g-a)=5N4）取向下方向為正方向，由牛頓第二定律mg-F=mgF=0N處于完全失重狀態(tài)【例題2】 【題干】(2010海南卷)如圖所示，木箱內(nèi)有一豎直放置的彈簧，彈簧上方有一物

6、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(nèi)，物塊對箱頂剛好無壓力，則在此段時間內(nèi)，木箱的運動狀態(tài)可能為( )A加速下降B加速上升C減速上升D減速下降 【答案】BD【解析】因為木箱靜止時彈簧處于壓縮狀態(tài)，且木箱壓在頂板上，則有：FTmgFN，某時間內(nèi)物塊對頂板剛好無壓力，說明彈簧的長度沒有變化，則彈力沒有變化，由于FN0，故箱子所受的合外力為F合FTmg，方向豎直向上，故箱子有向上的加速度，而有向上的加速度的直線運動有兩種：加速上升和減速下降，所以B、D正確【例題3】【題干】一同學想研究電梯上升過程的運動規(guī)律。某天乘電梯上樓時他攜帶了一個質(zhì)量為5 kg的砝碼和一套便攜式DI

7、S實驗系統(tǒng)，砝碼懸掛在力傳感器上。電梯從第一層開始啟動，中間不間斷，一直到最高層停止。在這個過程中，顯示器上顯示出的力隨時間變化的關系如圖332所示。取重力加速度g10 m/s2，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)。求：圖332(1)電梯在最初加速階段的加速度a1與最后減速階段的加速度a2的大小；(2)電梯在3.013.0 s時段內(nèi)的速度v的大?。?3)電梯在19.0 s內(nèi)上升的高度H。【答案】(1)1.6 m/s20.8 m/s2(2)4.8 m/s(3)69.6 m【解析】(1)由牛頓第二定律Fma和圖象所給信息得a1 m/s21.6 m/s2a2 m/s20.8 m/s2(2)3.013.0 s內(nèi)電梯勻速

8、運動，由勻變速直線運動的速度公式得va1t11.63 m/s4.8 m/s(3)電梯在19.0 s內(nèi)上升的高度H應是三階段位移之和，即Ha1tvt2a2t1.632 m4.810 m0.862 m69.6 m。 四、課堂運用【基礎】1、在下列運動過程中，人處于失重狀態(tài)的是()A小朋友沿滑梯加速滑下B乘客坐在沿平直路面減速行駛的汽車內(nèi)C宇航員隨飛船繞地球做圓周運動D運動員何沖離開跳板后向上運動【答案】ACD【解析】物體處于失重狀態(tài)指的是在物體具有向下的加速度情況下，物體對支撐面的壓力或者懸掛物的拉力小于物體的重力的現(xiàn)象。當小朋友沿滑梯加速下滑時，具有向下加速度，滑梯對人的支持力小于人的重力，人處

9、于失重狀態(tài)；乘客坐在沿平直路面減速行駛的汽車內(nèi)，加速度在水平方向，對乘客受力分析可得在豎直方向汽車對乘客的作用力平衡了人的重力，人不處于失重狀態(tài)；宇航員隨飛船繞地球做圓周運動，宇航員處于完全失重狀態(tài)；運動員離開跳板后僅受重力作用處于完全失重狀態(tài)2、在升降電梯內(nèi)的地板上放一體重計，電梯靜止時，曉敏同學站在體重計上，體重計示數(shù)為50 kg，電梯運動過程中，某一段時間內(nèi)曉敏同學發(fā)現(xiàn)體重計示數(shù)如圖333所示，在這段時間內(nèi)下列說法中正確的是()圖333A曉敏同學所受的重力變小了B曉敏對體重計的壓力小于體重計對曉敏的支持力C電梯一定在豎直向下運動D電梯的加速度大小為g/5，方向一定豎直向下【答案】D【解析

10、】由題知體重計的示數(shù)為40 kg時，人對體重計的壓力小于人的重力，故處于失重狀態(tài)，實際人受到的重力并沒有變化，A錯；由牛頓第三定律知B錯；電梯具有向下的加速度，但不一定是向下運動，C錯；由牛頓第二定律mgFNma，可知a，方向豎直向下，D對?！眷柟獭?、(2012上海高考)如圖334所示，光滑斜面固定于水平面，滑塊A、B疊放后一起沖上斜面，且始終保持相對靜止，A上表面水平。則在斜面上運動時，B受力的示意圖為()圖334圖335【答案】A【解析】以滑塊A、B整體為研究對象，整體加速度沿斜面向下，以滑塊B為研究對象，沿水平和豎直方向分解滑塊B的加速度可知，滑塊B受到水平向左的摩擦力，豎直向下的重力

11、，豎直向上的支持力，選項A正確?！景胃摺?、(2013江西省重點中學聯(lián)考)中央電視臺近期推出了一個游戲節(jié)目推礦泉水瓶。選手們從起點開始用力推瓶一段時間后，放手讓瓶向前滑動，若瓶最后停在桌上有效區(qū)域內(nèi)，視為成功；若瓶最后不停在有效區(qū)域內(nèi)或在滑行過程中倒下均視為失敗。其簡化模型如圖337所示，AC是長度為L15 m的水平桌面，選手們可將瓶子放在A點，從A點開始用一恒定不變的水平推力推瓶，BC為有效區(qū)域。已知BC長度為L21 m，瓶子質(zhì)量為m0.5 kg，瓶子與桌面間的動摩擦因數(shù)0.4。某選手作用在瓶子上的水平推力F20 N，瓶子沿AC做直線運動，(g取10 m/s2)假設瓶子可視為質(zhì)點，那么該選手

12、要想游戲獲得成功，試問：圖337(1)推力作用在瓶子上的時間最長不得超過多少？(2)推力作用在瓶子上的距離最小為多少？【答案】(1) s(2)0.4 m【解析】(1)要想獲得游戲成功，瓶子滑到C點速度正好為0，力作用時間最長，設最長作用時間為t1，有力作用時瓶子的加速度為a1，t1時刻瓶子的速度為v，力停止作用后加速度為a2，由牛頓第二定律得：Fmgma1mgma2加速運動過程中的位移x1減速運動過程中的位移x2位移關系滿足x1x2L1又va1t1由以上各式解得t1 s(2)要想游戲獲得成功，瓶子滑到B點速度正好為零，力作用距離最小，設最小距離為d，則L1L2v22a1d聯(lián)立解得d0.4 m五、課程小結超重和失重1）超重：物體對支持物