人教版高中物理必修1第4章第7节用牛顿运动定律解决问题

第四章牛顿运动定律牛顿定律牛顿第一定律惯性定律,惯性反映物体在不受力时的运动规律牛顿第二定律F=ma反映了力和运动的关系牛顿第三定律F=－F/(作用力和反作用力定律)反映了物体之间的相互作用规律物体运动分析物体受力分析运动学公式牛顿第二定律加速度a从受力确定运动从运动确定受力1.基本思路:加速度a是联系力和运动的桥梁所求量所求量2.解题步骤：(1)确定研究对象；(2)分析受力情况和运动情况，画示意图(受力和运动过程)；(3)用牛顿第二定律或运动学公式求加速度；(4)用运动学公式或牛顿第二定律求所求量。1、共点力物体所受各力的作用点在物体上的同一点或力的作用线相交于一点的几个力叫做共点力。能简化成质点的物体受到的各个力可视为共点力。CABOOF1F2F3GF1F2θ3、共点力的平衡条件由牛顿第一定律和牛顿第二定律知：物体不受力或合力为零时将保持静止状态或匀速直线运动状态——平衡状态。在共点力作用下物体的平衡条件是合力为0.即:F合=02、平衡状态静止状态或匀速直线运动状态，叫做平衡状态。4、物体平衡的两种基本模型GNN=GGNFfN=Gf=F二力平衡条件:等大、反向、共线.5、研究物体平衡的基本思路和基本方法（1）转化为二力平衡模型——合成法很多情况下物体受到三个力的作用而平衡，其中任意两个力的合力必定跟第三个力等大反向。GF1F2F三力平衡条件:任意两个力的合力与第三个力等大、反向、共线。据平行四边形定则作出其中任意两个力的合力来代替这两个力，从而把三力平衡转化为二力平衡。这种方法称为合成法。（2）转化为四力平衡模型——分解法物体受三个共点力平衡时，也可以把其中一个力进行分解(一般采用正交分解法)，从而把三力平衡转化为四力平衡模型。这种方法称为分解法。GF1F2F1xF1y5、研究物体平衡的基本思路和基本方法例1］如图所示，三角形支架O点下方挂一重物G=50N，已知θ=300，求轻杆OA,OB所受弹力。用牛顿运动定律解决问题(二)OGθBA三角形理想化模型中：1、轻质细绳,两端拉力大小相等，内部张力处处相等。2、给出轻质直杆,仅两端受力时,这两个力必然沿杆的方向,且大小相等。3、节点O也是一理想化模型，由于节点O质量为0,不论其状态如何,所受合外力一定为零。解答解决三力平衡问题时常用的方法；1、合成法：任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反。2、分解法：将其中任意一个力沿其余两个力的作用线进行分解，其分力必然与其余两个力大小相等。3、三角形法：将其中任意两个力进行平移，使三个力首尾依次连接起来应构成一闭合三角形。4、正交分解法：建立直角坐标系，列出平衡方程。OGθBANSinGFA100NGFB350tan力的分解法:F’AF’BFAFB例题用正交分解法得平衡方程FB-FACosθ=0FASinθ-G=0解得:NSinGFA100OGθBANGFB350tanFBFA例题例2］如图所示，质量为4kg的物体静止于水平面上，受到与水平方向成30°角斜向上的拉力F作用,拉力大小为20Ｎ.物体沿水平面做匀加速运动，已知物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，，求物体的加速度是多大?（ｇ取10m/s2）0sincosGFFmaFFNf由牛顿第二定律得又由滑动摩擦力NfFF以上三式代入数据可解得物体的加速度a=0.58m/s2例题FF［例3］如图所示，将重为G的物体A放在倾角为300的斜面上，A与斜面间的动摩擦因数为0.1。那么对A施加一个多大的水平力，可使A物体保持平衡？FNGFfC例与练2、重力为G的物体用如图所示的OA、OB、OC三根细绳悬挂处于静止状态，已知细绳OA处于水平，OB与竖直方向成60°角，求细绳OA、OB和OC张力的大小。G600F1=GABOF1对物体受力分析对绳子O点受力分析OF1’F2F3例与练3、如图所示，在倾角为θ的斜面上，放一重力为G的光滑小球，球被竖直挡板挡住不下滑，求：斜面和挡板对球的弹力大小。对球受力分析：GF1F2θ例与练3、如图所示，在倾角为θ的斜面上，放一重力为G的光滑小球，球被竖直挡板挡住不下滑，求：斜面和挡板对球的弹力大小。对球受力分析：GF1F2F1xF1yF1x=F1sinθF1y=F1cosθθ例1、城市中的路灯，无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。图为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可忽略。如果悬挂物的重量是G，角AOB等于θ，钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各是多大？例与练6、(拓展)如图所示，质量为m的木块放在质量为M、倾角为θ的斜面体上，斜面体放在粗糙的水平地面上，用沿斜面向上的拉力F拉木块，使木块与斜面体都保持静止，求地面对斜面体的摩擦力和支持力。对整体受力分析整体F(m+M)gfNF1F2F1=FcosθF2=Fsinθθ整体例与练6、(拓展)如图所示，质量为m的木块放在质量为M、倾角为θ的斜面体上，斜面体放在粗糙的水平地面上，用沿斜面向上的拉力F拉木块，使木块与斜面体都保持静止，求地面对斜面体的摩擦力和支持力。对整体受力分析fNF1F2F1=FcosθF2=Fsinθf=F1=FcosθN=(m+M)g—F2(m+M)g=(m+M)g—Fsinθθ例与练7、(拓展)如图所示，一个重为G的小球，用细线悬挂在O点，现在用水平力F拉小球，使悬线偏离竖直方向30°时处于静止状态。当F的方向由水平缓慢地变为竖直方向的过程中，拉力F及细线的张力大小分别如何变化？GTF’问题1：台秤的示数一定等于砝码的重力吗？问题2：台秤的示数在哪些情况下不等于砝码的重力？受其他作用力台秤沿竖直方向加速或减速运动台秤倾斜问题3：台秤的示数实际反映的是什么？它在满足什么条件时才等于砝码的重力？vaG例2、如图，人的质量为m，当电梯以加速度a加速上升时，人对地板的压力N’是多大？解：人为研究对象，人在升降机中受到两个力作用：重力G和地板的支持力Ｎ由牛顿第二定律得N－mg=ma故：N=mg+ma人受到的支持力N大于人受到的重力G由牛顿第三定律得：压力N/大于重力GN/N1、超重物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）大于物体所受重力的现象。F’vaG例2、如图，人的质量为m，当电梯以加速度a加速上升时，人对地板的压力N’是多大？解：人为研究对象，人在升降机中受到两个力作用：重力G和地板的支持力Ｎ由牛顿第二定律得N－mg=ma故：N=mg+ma人受到的支持力N大于人受到的重力G由牛顿第三定律得：压力N/大于重力GN/N加速下降mg－N=maN=mg－ma2、失重物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）小于物体所受重力的现象。F’vaG例2、如图，人的质量为m，当电梯以加速度a加速上升时，人对地板的压力N’是多大？解：人为研究对象，人在升降机中受到两个力作用：重力G和地板的支持力Ｎ由牛顿第二定律得N－mg=ma故：N=mg+ma人受到的支持力N大于人受到的重力G由牛顿第三定律得：压力N/大于重力GN/N加速下降mg－N=maN=mg－ma以加速度a=g竖直加速下降？=03、完全失重应用1：试分析当瓶子自由下落时，瓶子中的水是否喷出？解：当瓶子自由下落时，瓶子中的水处于完全失重状态，水的内部没有压力，故水不会喷出。但瓶子中水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。当升降机以加速度a=g竖直加速下降时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）为零的现象。感觉很令人惊奇!“视重”只有在台秤面水平，并且沿竖直方向保持静止或做匀速运动时，才等于上面物体的重力。“视重”只有在弹簧秤保持竖直方向，并且保持静止或做匀速运动时，才等于悬吊物体的重力。4、视重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（1）、视重大于重力（2）、视重小于重力（3）、视重等于重力（4）、视重等于零（但此时重力不等于零）超重失重静止或匀速状态完全失重下面所示的情况中，对物体m来说，哪几种发生超重现象？哪几种发生失重现象？mvamvamvamav甲乙丙丁NG失重NG超重NG失重NG超重GNGNGNGN向上减速运动向上加速运动向下加速运动向下减速运动a方向向上加速上升减速下降——超重a方向向下加速下降减速上升——失重小结:超重、失重、视重和重力的区别１、视重是指物体对支物体的压力（或悬挂物对物体的拉力），是可变的。２、物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力不变。（G=mg）规律a竖直向上视重重力超重状态a竖直向下视重重力失重状态超重还是失重由a方向决定，与v方向无关例与练1、关于超重和失重，下列说法中正确的是（）A、超重就是在某种情况下，物体的重力变大了B、物体向上运动一定处于超重状态C、物体向下减速运动，处于超重状态D、物体做自由落体运动时处于完全失重状态（1）超重（失重）是指视重大于（小于）物体的重力，物体自身的重力并不变化。（2）是超重还是失重，看物体加速度的方向，而不是看速度的方向。（3）若物体向下的加速度等于重力加速度，物体的视重为零——完全失重。例与练2、一个人站在医用体重计的测盘上不动时测得体重为G，当此人由直立突然下蹲直至蹲在体重计不动的过程中，体重计的示数（）A、先大于G，后小于G，最后等于GB、先小于G，后大于G，最后等于GC、一直大于GD、一直小于G（1）先向下加速——失重，视重小于重力。（2）再向下减速——超重，视重大于重力。（3）最后不动——视重等于重力。为了全人类的和平进步，中国人来到太空了（提示重力如何变）超重和失重现象的应用近地卫星远离地球的卫星航天器中的宇航员gg0g航天飞机中的人和物都处于状态。完全失重0在航天飞机中所有和重力有关的仪器都无法使用！弹簧测力计无法测量物体的重力.天平无法测量物体的质量．但仍能测量拉力或压力的大小。例与练3、在宇宙飞船中，下列仪器一定不能正常使用的是（）A、弹簧测力计B、医用体重计C、水银气压计D、天平4、原来做匀速运动的升降机内，有一被拉长弹簧拉住的具有一定质量的物体A静止在底板上，如图，现发现A突然被弹簧拉向右方，由此可以判断，此升降机的运动可能是:()A、加速上升B、减速上升C、加速下降D、减速下降分析：匀速运动时物体所受静摩擦力等于弹簧拉力，若物体突然被拉向右方，则所受摩擦力变小，压力变小，故物体加速度向下，所以升降机可能向上减速或向下加速BCf=µNF=kx例与练例与练5、质量为m的物体用弹簧秤悬挂在电梯中，当电梯以g/2的加速度竖直加速下降时，弹簧秤的读数及物体的重力分别为（）A、mg，mgB、mg/2，mg/2C、mg/2，mgD、mg，mg/2例与练6、一个人在地面上最多能举起300N的重物，在沿竖直方向做匀变速运动的电梯中，他最多能举起250N的重物。求电梯的加速度。(g=10m/s2)（1）在地面上GFF=G=300N（2）在电梯中G’FF-G’=ma2/2'smmGFa方向:竖直向上7、据报道：某航空公司的一架客机，在正常航线上做水平飞行时，突然受到强大垂直气流的作用后，使飞机在10s内下降高度1700m，造成众多乘客和机组人员的受伤事故。如果只研究飞机在竖直方向上的运动，且假定这一运动是匀变速直线运动，试计算：(1)飞机在竖直方向上产生的加速度是多大？方向怎样？(2)乘客所系安全带必须提供乘客体重多少倍的拉力，才能使乘客不脱离坐椅？例与练解析：(1)竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动。由公式x=（1/2）at2,解得:a=2×1700/100m/s2=34m/s(2)由题意知:乘客对坐椅的正压力为零，由牛顿第二定律F合=ma得：FN+mg=ma故FN=m(a-g)=m(3.4g-g)=2.4mg所以安全带提供至少为乘客体重2.4倍的拉力。1、自由落体运动（1）自由落体运动定义GF合=G=mggmmgmFa合（2）自由落体加速度物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。V0=0方向竖直向下。2、竖直上抛运动（1）竖直上抛运动定义F合=G=mggmmgmF