高一物理第四章 7用牛顿运动定律解决问题二学生版.docx
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高一物理第四章 7用牛顿运动定律解决问题二学生版.docx
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高一物理第四章7用牛顿运动定律解决问题二学生版
7 用牛顿运动定律解决问题
(二)---学生版
[学科素养与目标要求]
物理观念:
1.理解平衡状态及共点力作用下物体的平衡条件.2.理解超重、失重和完全失重现象.
科学思维:
1.能利用整体法和隔离法分析共点力作用下的平衡问题.2.会利用牛顿运动定律分析超重和失重现象.3.能从动力学角度理解自由落体运动和竖直上抛运动.
一、共点力的平衡
1.平衡状态:
静止或匀速直线运动状态.
2.平衡条件:
(1)F合=0(或加速度a=0)
(2)
二、超重和失重
1.超重
(1)定义:
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象.
(2)产生条件:
物体具有竖直向上(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度.
2.失重
(1)定义:
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象.
(2)产生条件:
物体具有竖直向下(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度.
(3)完全失重
①定义:
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态.
②产生条件:
a=g,方向竖直向下.
三、从动力学角度分析自由落体运动和竖直上抛运动
1.自由落体运动
(1)条件:
①物体从静止开始下落,即运动的初速度是0;
②运动过程中只受重力的作用,根据牛顿第二定律mg=ma,所以a=g.
(2)运动性质:
v0=0、a=g的匀加速直线运动.
2.竖直上抛运动
(1)受力情况:
只受重力作用,加速度为g.
(2)运动性质:
初速度v0≠0、加速度a=g的匀变速直线运动.
(3)基本公式
①速度公式:
v=v0-gt.
②位移与时间的关系:
x=v0t-
gt2.
③速度与位移的关系:
v2-v02=-2gx.
1.判断下列说法的正误.
(1)某时刻物体的速度为零时,物体一定处于平衡状态.( )
(2)超重就是物体受到的重力增加了.( )
(3)物体处于完全失重状态时,物体的重力就消失了.( )
(4)物体处于超重状态时,物体一定在上升.( )
(5)物体处于失重状态时,物体可能在上升.( )
2.物体受到n个力作用处于静止状态,若其中一个力F1=10N,方向向右,则其余(n-1)个力的合力F′=____N,方向向____.
一、超重和失重
如图1所示,某人乘坐电梯正在向上运动.
图1
(1)电梯启动瞬间加速度方向向哪?
人受到的支持力比其重力大还是小?
电梯匀速向上运动时,人受到的支持力比其重力大还是小?
(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度方向向哪?
人受到的支持力比其重力大还是小?
1.视重:
当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时,弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”,大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力.
当物体处于超重或失重状态时,物体的重力并未变化,只是视重变了.
2.超重、失重的比较
特征状态
加速度
视重(F)与重力关系
运动情况
受力示意图
平衡
a=0
F=mg
静止或匀速直线运动
超重
向上
由F-mg=ma得F=m(g+a)>mg
向上加速或向下减速
失重
向下
由mg-F=ma得F=m(g-a) 向下加速或向上减速 完全失重 向下且a=g 由mg-F=ma得F=0 自由落体运动,抛体运动 3.对超重、失重的理解 (1)物体处于超重还是失重状态,只取决于加速度的方向,与物体的运动方向无关. (2)发生超重和失重时,物体所受的重力并没有变化. (3)发生完全失重现象时,与重力有关的一切现象都将消失.比如物体对支持物无压力,靠重力使用的仪器也不能再使用(如天平).只受重力作用的一切抛体运动,都处于完全失重状态. 例1 (多选)如图2所示,电梯的顶部竖直悬挂一个弹簧测力计,弹簧测力计下端挂了一个重物,电梯匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为10N,在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为6N,关于电梯的运动,以下说法正确的是(g取10m/s2)( ) 图2 A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为4m/s2 B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为4m/s2 C.电梯可能向上减速运动,加速度大小为4m/s2 D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为4m/s2 针对训练1 2016年10月17日,“神舟十一号”载人飞船发射成功,如图3所示.宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验,下列说法正确的是( ) 图3 A.火箭加速上升时,宇航员处于超重状态 B.飞船落地前减速下落时,宇航员处于失重状态 C.火箭加速上升时,宇航员对座椅的压力小于自身重力 D.火箭加速上升过程中加速度逐渐减小时,宇航员处于失重状态 例2 如图4所示,A、B两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下列说法正确的是( ) 图4 A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力 二、共点力平衡的进一步理解 1.对平衡条件的理解 (1)平衡条件: F合=0或 . (2)对应两种状态: ①静止状态: a=0,v=0; ②匀速直线运动状态: a=0,v≠0. (3)说明: ①物体某时刻速度为零,但F合≠0,则不是平衡状态,如竖直上抛的物体到达最高点时,只是速度为零,不是平衡状态. ②处于平衡状态的物体,沿任意方向的合力都为零. 2.单个物体平衡问题的分析方法——合成法、正交分解法 (1)合成法 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时,任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反,作用在同一条直线上,可以据此先求任意两个力的合力. (2)正交分解法 先把物体所受的各个力逐一地分解在两个相互垂直的坐标轴上,再分别对每个坐标轴上的分力逐一进行代数运算. ∑Fx=F1x+F2x+F3x+…+Fnx=0, ∑Fy=F1y+F2y+F3y+…+Fny=0. 3.物体系统平衡问题的分析方法——整体法、隔离法 当物体系统处于平衡状态时,组成系统的每个物体都处于平衡状态,选取研究对象时注意整体法与隔离法的结合. 一般地,当求系统内部物体间的相互作用时,用隔离法,求系统受到的外力时,用整体法.具体应用中,应将这两种方法结合起来灵活运用. 例3 (多选)如图5,一光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于O点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b.外力F向右上方拉b,整个系统处于静止状态.若F方向不变,大小在一定范围内变化,物块b始终保持静止,则( ) 图5 A.绳OO′的张力也在一定范围内变化 B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化 C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化 D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化 针对训练2 如图6所示,在粗糙水平地面上放着一个表面为四分之一圆弧的柱状物体A,A的左端紧靠竖直墙,A与竖直墙之间放一光滑圆球B,整个装置处于静止状态.则把A向右缓慢移动少许的过程中,下列说法正确的是( ) 图6 A.球B对墙的压力增大 B.球B对柱状物体A的压力增大 C.地面对柱状物体A的摩擦力不变 D.地面对柱状物体A的支持力不变 三、平衡中的临界问题 1.问题界定: 物体所处平衡状态将要发生变化的状态为临界状态,涉及临界状态的问题为临界问题. 2.问题特点 (1)当某物理量发生变化时,会引起其他物理量的变化. (2)注意某现象“恰好出现”或“恰好不出现”的条件. 3.分析方法: 基本方法是假设推理法,即先假设某种情况成立,然后根据平衡条件及有关知识进行论证、求解. 例4 倾角为θ的斜面固定在水平面上,斜面上有一重力为G的物体A,物体A与斜面间的动摩擦因数为μ,且μ 图7 1.(超重和失重)(2019·天水一中高一第一学期期末)在本届学校秋季运动会上,小明同学以背越式成功地跳过了1.70米的高度,如图8所示.若忽略空气阻力,g取10m/s2.则下列说法正确的是( ) 图8 A.小明下降过程中处于失重状态 B.小明起跳后在上升过程中处于超重状态 C.小明起跳时地面对他的支持力等于他的重力 D.小明起跳以后在下降过程中重力消失了 2.(超重与失重)如图9甲所示是某人站在力传感器上做下蹲—起跳动作的部分示意图.如图乙所示是根据传感器画出的力—时间图象,其中力的单位是N,时间的单位是s.两图中的点均对应,取重力加速度g=10m/s2.请根据这两个图所给出的信息,判断下列选项正确的是( ) 图9 A.此人的质量约为60kg B.此人从站立到蹲下的过程对应图中1到6的过程 C.此人在状态2时处于超重状态 D.此人向上的最大加速度大约为1.9g 3.(超重与失重的有关计算)质量是60kg的人站在升降机中的体重计上,如图10所示.重力加速度g取10m/s2,当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数. 图10 (1)匀速上升; (2)以4m/s2的加速度加速上升; (3)以5m/s2的加速度加速下降. 4.(共点力的平衡)(多选)如图11所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面,m2在空中),力F与水平方向成θ角.则m1所受支持力FN和摩擦力Ff为( ) 图11 A.FN=m1g+m2g-FsinθB.FN=m1g+m2g-Fcosθ C.Ff=FcosθD.Ff=Fsinθ 5.(共点力的平衡)如图12所示,三根轻绳分别系住质量为m1、m2、m3的物体,它们的另一端分别通过光滑的定滑轮系于O点,整个装置处于平衡状态时,OA与竖直方向成30°角,OB处于水平状态,则( ) 图12 A.m1∶m2∶m3=1∶2∶3 B.m1∶m2∶m3=3∶4∶5 C.m1∶m2∶m3=2∶ ∶1 D.m1∶m2∶m3= ∶2∶1 超重和失重 一、选择题 1.下列关于超重和失重的说法中,正确的是( ) A.物体处于超重状态时,其重力增加了 B.物体处于完全失重状态时,其重力为零 C.物体处于超重或失重状态时,其惯性比物体处于静止状态时增大或减小了 D.物体处于超重或失重状态时,其质量及受到的重力都没有发生变化 2.(2018·汉江中学高一上学期期末)如图1所示,一人站在电梯中的体重计上,随电梯一起运动.下列各种情况下,体重计的示数最大的是( ) 图1 A.电梯匀速上升 B.电梯匀减速上升 C.电梯匀减速下降 D.电梯匀加速下降 3.(多选)(2019·灵璧一中期中考试)下列有关超重与失重的说法正确的是( ) A.体操运动员双手握住单杠吊在空中静止不动时处于失重状态 B.蹦床运动员在空中上升和下降过程中都处于失重状态 C.举重运动员在举起杠铃后静止不动的那段时间内处于超重状态 D.不论是超重、失重或是完全失重,物体所受的重力都没有发生改变 4.如图2所示,金属小桶侧面有一小孔A,当桶内盛水时,水会从小孔A中流出.如果让装满水的小桶自由下落,不计空气阻力,则在小桶自由下落过程中( ) 图2 A.水继续以相同的速度从小孔中流出 B.水不再从小孔中流出 C.水将以更大的速度从小孔中流出 D.水将以较小的速度从小孔中流出 5.(多选)
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