高中物理 第4章 牛頓運動定律：第7節(jié) 用牛頓運動定律解決問題(二)同步教學(xué)案 新人教版必修

1、第7節(jié)用牛頓運動定律解決問題(二)1一個物體在力的作用下，如果保持_狀態(tài)或者_(dá)狀態(tài)，我們就說這個物體處于平衡狀態(tài)共點力作用下物體的平衡條件是_其數(shù)學(xué)表達(dá)式為F合_或，其中Fx合為物體在x軸方向上所受的合外力，F(xiàn)y合為物體在y軸方向上所受的合外力2超重：當(dāng)物體具有_的加速度時，物體對支持物的壓力(或?qū)揖€的拉力)_物體所受的_的現(xiàn)象稱為超重_由此可知：產(chǎn)生超重現(xiàn)象的條件是物體具有_的加速度，它與物體運動速度的大小和方向_超重包括_和_兩種情況3失重：當(dāng)物體具有_的加速度時，物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?_物體所受的_的現(xiàn)象，稱為失重現(xiàn)象由此可知：產(chǎn)生失重現(xiàn)象的條件是物體具有_的加速度，它

2、與物體運動速度的大小和方向_失重現(xiàn)象包括_和_兩種情況4完全失重：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于_的狀態(tài)，叫做完全失重狀態(tài)產(chǎn)生完全失重現(xiàn)象的條件：當(dāng)物體豎直向下的加速度等于_時，就產(chǎn)生完全失重現(xiàn)象5自由落體從受力的角度看，只受大小、方向都不變的_，故自由落體的加速度大小、方向也是_的；從運動的角度看，是初速度為零、豎直向下的_直線運動6一物體放在粗糙的水平面上，質(zhì)量m5 kg，物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.3，當(dāng)用水平力F作用在物體上時，物體恰好做勻速直線運動，則力F應(yīng)為多少？7以下關(guān)于超重與失重的說法正確的是()A游泳運動員仰臥在水面靜止不動時處于失重狀態(tài)B在超重現(xiàn)象中，物體的

3、重力是增大的C處于完全失重狀態(tài)的物體，其重力一定為零D如果物體處于失重狀態(tài)，它必然有向下的加速度【概念規(guī)律練】知識點一共點力作用下物體的平衡1物體在共點力作用下，下列說法中正確的是()A物體的速度在某一時刻等于零，物體就一定處于平衡狀態(tài)B一物體相對另一物體保持靜止時，物體一定處于平衡狀態(tài)C物體所受合力為零，就一定處于平衡狀態(tài)D物體做勻加速直線運動時，物體處于平衡狀態(tài)2.圖1如圖1所示，物塊在力F作用下向右沿水平方向勻速運動，則物塊所受的摩擦力Ff與拉力F的合力方向應(yīng)該是()A水平向右 B豎直向上C向右偏上 D向左偏上3.圖2如圖2所示，質(zhì)量為m的物體，在水平力F的作用下，沿傾角為的粗糙斜面向上

4、做勻速運動，試求水平力的大小知識點二超重和失重現(xiàn)象4游樂園中，游客乘坐能加速或減速運動的升降機(jī)，可以體會超重與失重的感覺下列描述正確的是()A當(dāng)升降機(jī)加速上升時，游客是處在失重狀態(tài)B當(dāng)升降機(jī)減速下降時，游客是處在超重狀態(tài)C當(dāng)升降機(jī)減速上升時，游客是處在失重狀態(tài)D當(dāng)升降機(jī)加速下降時，游客是處在超重狀態(tài)5.圖3某人在地面上用彈簧測力計稱得其體重為490 N他將彈簧測力計移至電梯內(nèi)稱其體重，t0至t3時間段內(nèi)彈簧測力計的示數(shù)如圖3所示，電梯運行的vt圖可能是下圖中的(取電梯向上運動的方向為正)()6質(zhì)量為60 kg的人站在升降機(jī)中的體重計上，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運動時，體重計的讀數(shù)是多少？(g取10

5、m/s2)(1)升降機(jī)勻速上升；(2)升降機(jī)以3 m/s2的加速度加速上升；(3)升降機(jī)以4 m/s2的加速度加速下降知識點三豎直上拋運動中的失重現(xiàn)象7.圖4如圖4所示，A、B兩物塊疊放在一起，當(dāng)把A、B兩物塊同時豎直向上拋出時(不計空氣阻力)，則()AA的加速度小于gBB的加速度大于gCA、B的加速度均為gDA、B間的彈力為零【方法技巧練】一、應(yīng)用圖解法處理平衡問題8.圖5如圖5所示，電燈懸掛于兩墻壁之間，更換水平繩OA使連接點A向上移動而保持O點位置和OB繩的位置不變，則在A點向上移動的過程中()A繩OB的拉力逐漸增大B繩OB的拉力逐漸減小C繩OA的拉力先增大后減小D繩OA的拉力先減小后增

6、大二、應(yīng)用合成法和正交分解法處理平衡問題9.圖6在科學(xué)研究中，可以用風(fēng)力儀直接測量風(fēng)力的大小，其原理如圖6所示儀器中一根輕質(zhì)金屬絲，懸掛著一個金屬球無風(fēng)時，金屬絲豎直下垂；當(dāng)受到沿水平方向吹來的風(fēng)時，金屬絲偏離豎直方向一個角度風(fēng)力越大，偏角越大，通過傳感器，就可以根據(jù)偏角的大小指示出風(fēng)力，那么風(fēng)力大小F跟金屬球的質(zhì)量m、偏角之間有什么樣的關(guān)系呢？(試用合成法和正交分解法兩種方法求解)1大小不同的三個力同時作用在一個小球上，以下各組力中，可能使小球處于平衡狀態(tài)的一組是()A2 N,3 N,6 N B1 N,4 N,6 NC35 N,15 N,25 N D5 N,15 N,25 N2在完全失重的狀

7、態(tài)下，下列物理儀器還能使用的是()A天平 B水銀氣壓計C電流表 D彈簧測力計3下列說法中正確的是()A失重就是物體的重力減小了B運動的物體慣性小，靜止的物體慣性大C不論超重、失重或完全失重，物體所受重力是不變的D做實驗時，給電磁打點計時器提供交流電源或直流電源，它都能正常工作4跳水運動員從10 m跳臺騰空躍起，先向上運動一段距離達(dá)到最高點后，再自由下落進(jìn)入水池，不計空氣阻力，關(guān)于運動員在空中上升過程和下落過程以下說法正確的有()A上升過程處于超重狀態(tài)，下落過程處于失重狀態(tài)B上升過程處于失重狀態(tài)，下落過程處于超重狀態(tài)C上升過程和下落過程均處于超重狀態(tài)D上升過程和下落過程均處于完全失重狀態(tài)5某實驗

8、小組，利用DIS系統(tǒng)觀察超重和失重現(xiàn)象，他們在電梯內(nèi)做實驗，在電梯的地板上放置一個壓力傳感器，在傳感器上放一個重為20 N的物塊，如圖7甲所示，實驗中計算機(jī)顯示出傳感器所受物塊的壓力大小隨時間變化的關(guān)系，如圖乙所示以下根據(jù)圖象分析得出的結(jié)論中正確的是()圖7A從時刻t1到t2，物塊處于失重狀態(tài)B從時刻t3到t4，物塊處于失重狀態(tài)C電梯可能開始停在低樓層，先加速向上，接著勻速上升，再減速向上，最后停在高樓層D電梯可能開始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層6.圖8姚明成為了NBA一流中鋒，給中國人爭得了榮譽(yù)和尊敬，讓更多的中國人熱愛上籃球這項運動姚明某次跳起過程可分為

9、下蹲、蹬地、離地上升、下落四個過程，如圖8所示，下列關(guān)于蹬地和離地上升兩過程的說法中正確的是(設(shè)蹬地的力為恒力)()A兩過程中姚明都處在超重狀態(tài)B兩過程中姚明都處在失重狀態(tài)C前過程為超重，后過程不超重也不失重D前過程為超重，后過程為完全失重7.圖9光滑小球放在兩板間，如圖9所示，當(dāng)OA繞O點轉(zhuǎn)動使變小時，兩板對球的壓力FA和FB的變化為()AFA變大，F(xiàn)B不變BFA和FB都變大CFA變大，F(xiàn)B變小DFA變小，F(xiàn)B變大8.圖10如圖10所示，一個重為G的物體放在粗糙水平面上，它與水平面的動摩擦因數(shù)為，若對物體施加一個與水平面成角的力F，使物體做勻速直線運動，則下列說法中不正確的是()A物體所受摩

10、擦力與拉力的合力方向豎直向上B物體所受的重力、支持力、摩擦力的合力與F等大反向C物體所受的重力、摩擦力、支持力的合力等于Fcos D物體所受摩擦力的大小等于Fcos ，也等于(GFsin )9.圖11用輕彈簧豎直懸掛質(zhì)量為m的物體，靜止時彈簧伸長量為L.現(xiàn)用該彈簧沿斜面方向拉住質(zhì)量為2m的物體，系統(tǒng)靜止時彈簧伸長量也為L.斜面傾角為30，如圖11所示則物體所受摩擦力()A等于零B大小為mg，方向沿斜面向下C大小為mg，方向沿斜面向上D大小為mg，方向沿斜面向上題號123456789答案10.質(zhì)量m2 kg的木塊放在水平木板上，在F14 N的水平拉力作用下恰好能沿水平面勻速滑行，如圖12甲所示則

11、木塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為多少？若將木板墊成傾角為37斜面(如圖乙所示)，要使木塊仍能沿斜面勻速向上滑行，則沿平行于斜面向上的拉力F2應(yīng)多大？(已知cos 370.8，sin 370.6，g10 N/kg)圖1211.圖13如圖13所示，一輕彈簧AB原長為35 cm，現(xiàn)A端固定于一個放在傾角為30的斜面、重50 N的物體上，手執(zhí)B端，使彈簧與斜面平行當(dāng)彈簧和物體沿斜面勻速下滑時，彈簧長變?yōu)?0 cm；當(dāng)勻速上滑時，彈簧長變?yōu)?0 cm.求：(1)彈簧的勁度系數(shù)k；(2)物體跟斜面間的動摩擦因數(shù).第7節(jié)用牛頓運動定律解決問題(二)課前預(yù)習(xí)練1靜止勻速直線運動合力為零0002向上大于重力現(xiàn)象向上

12、無關(guān)加速上升減速下降3向下小于重力向下無關(guān)加速下降減速上升40重力加速度5重力恒定勻加速615 N解析Fmg0.3510 N15 N.7D課堂探究練1C2B對物塊進(jìn)行受力分析如右圖所示，除F與Ff外，它還受豎直向下的重力G及豎直向上的支持力FN，物塊勻速運動，處于平衡狀態(tài)，合力為零由于重力G和支持力FN在豎直方向上，將重力和支持力等效成一個豎直向下的力，四力平衡轉(zhuǎn)化為三力平衡，則根據(jù)三力平衡的原理，F(xiàn)與Ff的合力必須和重力與支持力的合力等大反向，所以沿豎直方向向上故B正確點評(1)三力平衡的特點：任意兩個力的合力必和第三個力等大反向(2)n個力共點平衡最終可以等效成二力平衡3.mg解析以質(zhì)量為

13、m的物體為研究對象，它做勻速運動處于平衡狀態(tài)對研究對象進(jìn)行受力分析，該物體受四個力作用，分別是重力mg、斜面的摩擦力Ff、斜面的支持力FN、水平力F，受力圖如圖所示對于這類題我們往往采用正交分解法，按圖所示方法建立平面直角坐標(biāo)系，根據(jù)平衡條件建立平衡方程為Fcos mgsin Ff0，F(xiàn)Nmgcos Fsin 0，F(xiàn)fFN.聯(lián)立以上三個方程，可得Fmg.4BC5AD在t0t1時間段內(nèi)，人失重，應(yīng)向上減速或向下加速，B、C錯；t1t2時間段內(nèi)，人勻速或靜止，t2t3時間段內(nèi)，人超重，應(yīng)向上加速或向下減速，A、D都有可能對6(1)600 N(2)780 N(3)360 N解析人站在升降機(jī)中的體重計

14、上，受力情況如右圖所示(1)當(dāng)升降機(jī)勻速上升時，由牛頓第二定律得：F合FNG0所以人受到的支持力FNGmg600 N.根據(jù)牛頓第三定律，人對體重計的壓力的大小就等于體重計的示數(shù)，即600 N.(2)當(dāng)升降機(jī)以3 m/s2的加速度加速上升時，由牛頓第二定律得FNGma，F(xiàn)NGmam(ga)780 N，由牛頓第三定律得，此時體重計的示數(shù)為780 N，大于人的重力，人處于超重狀態(tài)(3)當(dāng)升降機(jī)以4 m/s2的加速度加速下降時，由牛頓第二定律得：GFNma，F(xiàn)NGmam(ga)360 N，由牛頓第三定律得，此時體重計的示數(shù)為360 N，小于人的重力600 N，處于失重狀態(tài)7CD點評當(dāng)物體處于自由落體或

15、豎直上拋運動狀態(tài)時由于物體的加速度均為重力加速度，故物體處于完全失重狀態(tài)此時物體對水平支持物的壓力或?qū)ωQ直懸掛的拉力等于零8BD在繩OA的連接點A向上移動的過程中，結(jié)點O始終處于平衡狀態(tài)取結(jié)點O為研究對象，受力情況如右圖所示，圖中F1、F2、F3分別是繩OA、繩OB、電線對結(jié)點O的拉力，F(xiàn)3是F1和F2的合力，且F3F3.在A點向上移動的過程中，F(xiàn)3的大小和方向都保持不變，F(xiàn)2的方向保持不變由右圖可知，當(dāng)繩OA垂直于OB時，繩OA的拉力最小，所以繩OA的拉力先減小后增大，繩OB的拉力逐漸減小正確選項為B、D.方法總結(jié)用圖解法分析動態(tài)平衡問題，主要按以下步驟進(jìn)行：對研究對象進(jìn)行受力分析，再根據(jù)平

16、行四邊形定則或三角形定則畫出不同狀態(tài)下的力的矢量圖(畫在同一個圖中)，然后根據(jù)有向線段(表示力)的長度變化判斷各個力的變化情況9mgtan 解析取金屬球為研究對象，有風(fēng)時，它受到三個力的作用：重力mg、水平方向的風(fēng)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(jù)任意兩力的合力與第三個力等大反向求解，也可以用正交分解法求解解法一力的合成法如圖甲所示，風(fēng)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Fmgtan .解法二正交分解法以金屬球為坐標(biāo)原點，取水平方向為x軸，豎直方向為y軸，建立坐標(biāo)系，如圖乙所示由水平方向的

17、合力F合x和豎直方向的合力F合y分別等于零，即F合xFTsin F0，F(xiàn)合yFTcos mg0，解得Fmgtan .由所得結(jié)果可見，當(dāng)金屬球的質(zhì)量m一定時，風(fēng)力F只跟偏角有關(guān)因此，偏角的大小就可以指示出風(fēng)力的大小方法總結(jié)(1)對于三力平衡，一般根據(jù)“任意兩個力的合力與第三個力等大反向”的關(guān)系，將兩個力合成后的合力與第三個力等大反向，借助三角函數(shù)、相似三角形等方法求解；或?qū)⒛骋粋€力分解到另外兩個力的反方向上，得到的這兩個分力勢必與另外兩個力等大、反向(2)正交分解法是解決平衡問題最常用的方法，多用于三個以上共點力作用下的物體的平衡在選擇x軸、y軸時，應(yīng)使落在兩坐標(biāo)軸上的力盡可能的多建立直角坐標(biāo)系

18、后將各力沿坐標(biāo)軸分解，由Fx0和Fy0列方程求解課后鞏固練1C2.CD3.C4D跳水運動員在空中時無論上升還是下降，加速度方向均向下，由于不計空氣阻力，故均為完全失重，故選D.5BC由圖可知在0t1、t2t3及t4之后，傳感器所受壓力大小等于物塊的重力大??；t1t2時間段內(nèi)，傳感器所受壓力大小大于物塊重力，處于超重狀態(tài)，加速度向上；t3t4時間段內(nèi)，壓力小于物塊重力，處于失重狀態(tài)，加速度向下綜上所述選項B、C正確6D用力蹬地獲得一個向上的大于重力的支持力，故蹬地過程是一個向上加速的過程，是超重現(xiàn)象；空中上升過程只受重力作用，有向下的加速度g，是完全失重現(xiàn)象，所以D項正確7B如下圖所示，當(dāng)角變小時，兩分力由FA、FB分別變?yōu)镕A和FB，可見兩力都變大8C物體受四個共點力作用處于平衡狀態(tài)如右圖所示，故任意三個力的合力必與另一個力等大反向，B對，C錯將力F正交分解，由平衡條件知FfFcos ，又因FNGFsin ，所以FfFN(GFsin )，D對因F的一個分力F1Fcos 與Ff合成后合