1、用牛顿运动定律解决问题（二）教学目标教学目标能运用牛顿运动定律解答较复杂的问题知道什么是物体处于平衡状态。知道在共点力作用下物体的平衡条件，即合力为零知道物理学中超重和失重现象的含义，能通过牛顿定律对它们进行定量地分析，并能分析和说明一些简单的相关问题能解答以自由落体运动为基础的竖直方向的运动学问题（竖直上抛、竖直下抛等）。教学重点教学重点教学难点教学难点共点力作用下物体的平衡条件及应用发生超重、失重现象的条件及本质共点力平衡条件的应用超重、失重现象的实质物体处于平衡状态有什么特点？物体若受多个共点力作用而处于平衡状态，应满足什么条件？物体处于平衡状态的特点是：运动状态不发生变化，加速度为0。
2、根据牛顿第二定律F=ma，当物体处于平衡状态时，加速度为0，因而物体若受多个共点力作用而处于平衡状态，应满足物体所受的合力F=0。共点力作用下物体的平衡条件是所受合力为0若一个物体受两个力而处于平衡状态，则这两个力的关系如何？二力平衡：物体受两个力而处于平衡状态时，这两个力的关系是等大、反向，且作用在同一条直线上。若一个物体受三个力而处于平衡状态，则其中一个力与另外两个力的合力间满足怎样的关系？三个力平衡：物体受三个力作用而处于平衡状态时，可将其中的任意两个力合成，则这两个力的合力与另一个力的关系是大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上。以上结论是否可以推广到多个力的平衡？推而广之，多个力的
3、平衡，若物体受多个力的作用而处于平衡状态，则这些力中的某一个力一定与其余力的合力大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上。共点力的平衡条件共点力的平衡条件平衡状态：静止或匀速直线运动状态平衡条件：F合0(或加速度a0)平衡条件的四个推论二力作用平衡时，二力等大、反向三力作用平衡时，任意两力的合力与第三个力等大、反向多力作用平衡时，任意一个力与其他所有力的合力等大、反向物体处于平衡状态时，沿任意方向上分力之和均为零共点力的平衡条件共点力的平衡条件城市中的路灯、无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。如图为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可以绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量
4、都可以忽略。如果悬挂物的重量是G，角AOB等于，钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各是多大？轻质细绳中的受力特点如何？轻质细绳中的受力特点：两端受力大小相等，内部张力处处相等。可绕一端转动的轻杆只在两端受力时其受力特点如何？可绕一端转动的轻杆只在两端受力时，只能沿杆的方向发生形变，于是其弹力必然沿杆的方向，且大小相等。共点力的平衡条件共点力的平衡条件城市中的路灯、无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。如图为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可以绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可以忽略。如果悬挂物的重量是G，角AOB等于，钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持
5、力各是多大？分析钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力选谁为研究对象？其受力特点如何？选O点为研究对象，O点其实是三角形框架的一部分的抽象，它的平衡能反映出整个框架的平衡情况，它恰是共点力的作用点求钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力时的解题依据是什么？依据是共点力作用下的平衡条件是合力为零节点O也是一理想化模型共点力的平衡条件共点力的平衡条件城市中的路灯、无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。如图为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可以绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可以忽略。如果悬挂物的重量是G，角AOB等于，钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各
6、是多大？解：如图，F1、F2、F3三个力的合力为0，表示这三个力在x方向的分矢量之和及y方向的分矢量之和也都为0。也就是解出钢索OA的拉力F1和硬杆OB的支持力F2F2-F1cos=0F1sin-F3=00时，sin0，tan0，F1、F2，对材料的强度要求很高故钢索的固定点不能距B太近但A点过高则材料消耗过多，所以要结合具体情况适当选择角共点力的平衡条件共点力的平衡条件求钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力利用了正交分解法，还有没有其他方法？解：由平衡条件可知F1、F2的合力与F3等大、反向受力情况如图所示，即F=F3=G由力的矢量三角形的边角关系知：共点力的平衡条件共点力的平衡条件举
7、重是中国代表团在奥运会上重要的夺金项目。在举重比赛中，运动员举起杠铃时必须使杠铃平衡一定时间，才能被裁判视为挺（或抓）举成功。运动员可通过改变两手握杆的距离来调节举起时双臂的夹角。若双臂夹角变大，则下面关于运动员保持杠铃平衡时手臂用力大小变化的说法正确的是（）A不变B减小C增大D不能确定C共点力平衡条件的反思共点力平衡条件的反思竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态？竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间，速度等于零速度等于零时，物体一定处于平衡状态吗？不一定。当物体某一瞬间的速度为零时，但速度要发生变化，即加速度不为零时，就不是平衡状态。问题与练习问题与练习在光滑墙壁上用网兜把足球挂
8、在A点，足球与墙壁的接触点为B（如图所示）。足球的质量为m，悬绳与墙壁的夹角为，网兜的质量不计。求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力。选足球为研究对象，因为足球静止，即处于平衡状态，所以，足球所受的三个共点力的合力为零，于是可认为F1与G的合力与F2大小相等、方向相反。由图可得：如图所示，物体在五个共点力的作用下保持平衡。如果撤去力F1，而保持其余四个力不变，请在图上画出这四个力的合力的大小和方向。问题与练习问题与练习其余四个力的合力与F1大小相等、方向相反重物重1N当重物加速上升时，弹簧示数大于1N视重视重物重物重当重物加速下降时，弹簧示数小于1N视重视重物重物重当重物加速下降时，秤示数小于其
9、静止质量视重视重mg失重和超重的原理失重和超重的原理人随电梯以加速度a(ag)匀减速上升，人对地板的压力为多大？以加速度a匀减速上升，因为减速，所以加速度方向与速度反向，物体是上升的，所以加速度方向也是向下的。有mg-N=maN=mg-mamg失重和超重的原理失重和超重的原理人随电梯以加速度a(ag)匀加速下降，人对地板的压力为多大？mg-N=maN=mg-mamg以加速度a匀加速下降，因为加速，所以加速度方向与速度同向，物体是下降的，所以加速度方向也是向下的。有失重和超重的原理失重和超重的原理人以加速度a匀减速下降，这时人对地板的压力又是多大？以加速度a匀减速下降，因为减速，所以加速度方向与
10、速度反向，物体是下降的，所以加速度方向是向上的。有N-mg=maN=ma+mgmg超重和失重现象的产生条件超重和失重现象的产生条件从以上例子中归纳总结：什么情况下会发生超重现象，什么情况下会发生失重现象？加速上升匀减速上升匀加速下降匀减速下降NmgNmgNmgNmg物体具有向上的加速度时，将发生超重现象物体具有向下的加速度时，将发生失重现象超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关完全失重完全失重人随电梯以加速度g匀加速下降，这时人对地板的压力又是多大？当电梯对人没有支持力时，人只受重力，加速度大小为g，做的是自由落体运动。mg-N=mgN=mg-mg=0完全失重完全失重定义：如果物体正好以
11、大小等于g方向竖直向下的加速度做匀变速运动，这时物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，好像完全没有了重力作用，这种状态是完全失重。在完全失重状态下由重力产生的一切物理现象都会完全消失。完全失重的条件：物体只在重力作用下运动，与运动方向无关。超重和失重的反思超重和失重的反思人随电梯能以加速度a(ag)匀加速下降吗？人随电梯加速下降时mg-N=ma0mg-Nmg0ag不能超重和失重的反思超重和失重的反思发生超重和失重现象时，物体实际受的重力是否发生了变化？物体在超重和失重过程中所受到的重力并没有变化，“超重”并不意味着重力增大，“失重”也不代表重力减小，“完全失重”也不是说物体的重力完全消失了。超重
12、和失重仅仅是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生变化。其实物体的重力依然存在，且并不发生变化。人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)问题与练习问题与练习在饮料瓶的下方戳一个小孔，瓶中灌水，手持饮料瓶，小孔中有水喷出。放手让瓶自由下落，观察喷水的变化。解释这个现象。当瓶子自由下落时，水不会从小孔喷出。因为在下落过程中，瓶中的水所受合力为零（内外大气压相同），即处于完全失重状态，故水不会流出人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4
13、.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)应用牛顿第二定律解决超重与失重问题的方法解决加速度不在竖直方向上的问题的方法超重和失重的应用超重和失重的应用人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)用牛二解决超重和失重问题用牛二解决超重和失重问题小星家住十八楼，每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼。上学时在电梯里，开始他总觉得有种“飘飘然”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了。快到楼底时，他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉，背的书包也似乎变“重”了。为了研究这种现象，小星在电梯里放了一台台秤
14、如图所示。设小星的质量为50kg，g取10m/s。求下列情况中台秤的示数。(1)当电梯以a2m/s的加速度匀加速上升选向上为正方向根据牛顿第二定律：FN1-mg=ma得：FN1=mg+ma=600NmgFN1va人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)用牛二解决超重和失重问题用牛二解决超重和失重问题小星家住十八楼，每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼。上学时在电梯里，开始他总觉得有种“飘飘然”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了。快到楼底时，他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉，背的书包也似乎
15、变“重”了。为了研究这种现象，小星在电梯里放了一台台秤如图所示。设小星的质量为50kg，g取10m/s。求下列情况中台秤的示数。(2)当电梯以a2m/s的加速度匀减速上升选向下为正方向根据牛顿第二定律：mg-FN2=ma得FN2=mg-ma=400NmgFN2va人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)用牛二解决超重和失重问题用牛二解决超重和失重问题小星家住十八楼，每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼。上学时在电梯里，开始他总觉得有种“飘飘然”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了。快到楼底时
16、，他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉，背的书包也似乎变“重”了。为了研究这种现象，小星在电梯里放了一台台秤如图所示。设小星的质量为50kg，g取10m/s。求下列情况中台秤的示数。(3)当电梯以a2m/s的加速度匀加速下降选向下为正方向根据牛顿第二定律：mg-FN3=ma得：FN3=mg-ma=400NmgFN3va人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)用牛二解决超重和失重问题用牛二解决超重和失重问题小星家住十八楼，每天上学放学均要乘垂直升降电梯上下楼。上学时在电梯里，开始他总觉得有种
17、“飘飘然”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了。快到楼底时，他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉，背的书包也似乎变“重”了。为了研究这种现象，小星在电梯里放了一台台秤如图所示。设小星的质量为50kg，g取10m/s。求下列情况中台秤的示数。(4)当电梯以a2m/s的加速度匀减速下降选向上为正方向根据牛顿第二定律：FN4-mg=ma得：FN4=mg+ma=600NFN3va人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)用牛二解决超重和失重问题用牛二解决超重和失重问题如图所示为一物体随升降机由一楼运动到
18、某高层的过程中的v-t图象，则()A物体在02s内处于失重状态B物体在2s8s内处于超重状态C物体在8s10s内处于失重状态D由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态。C加速度竖直向上：超重加速度竖直向下：失重加速加速度向上超重匀速加速度为0正常减速加速度向下失重人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)判断超重、失重状态的方法判断超重、失重状态的方法从受力的角度判断超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力完全失重：物体所受向上的拉力(
19、或支持力)等于零从加速度的角度判断超重：物体具有竖直向上的加速度失重：物体具有竖直向下的加速度完全失重：物体具有竖直向下的加速度，且加速度大小等于g人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)物体做自由落体运动的条件有哪些？物体做自由落体运动的条件有：第一，物体是从静止开始下落的，即运动的初速度为0。第二，运动过程中，它只受重力的作用。人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)在第二章，
20、我们通过实验研究了自由落体运动，知道它是加速度不变的匀变速直线运动。自由落体运动的加速度为什么不变？物体运动的加速度与它受的合力成正比，加速度的方向与合力的方向相同。F=ma物体做自由落体运动时只受重力作用，而且重力的大小、方向都不变，所以物体加速度的大小、方向也是恒定的。人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)以10m/s的速度从地面竖直向上抛出一个物体，空气的阻力可以忽略，分别计算0.6、1.6s后物体的位置（取g=10m/s）从动力学看自由落体运动从动力学看自由落体运动这个物体是不
21、是做自由落体运动？不是自由落体运动，但与自由落体相似物体在运动过程中受哪些力的作用？加速度的大小和方向是否发生变化？它在运动过程中只受到重力的作用，因此它的加速度也是g，大小、方向都不变物体做什么性质的运动？利用什么规律解决问题？这个物体在竖直方向做匀变速直线运动，可以应用匀变速直线运动的规律人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)从动力学看自由落体运动从动力学看自由落体运动以10m/s的速度从地面竖直向上抛出一个物体，空气的阻力可以忽略，分别计算0.6、1.6s后物体的位置（取g=10
22、m/s）解：以地面为原点，竖直向上建立坐标轴（如图）。初速度的方向与坐标轴的方向一致，取正号，加速度的方向向下，与坐标轴的方向相反，取负号v0=10m/sa=-g=-10m/st1=0.6st2=1.6s人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)从动力学看自由落体运动从动力学看自由落体运动以10m/s的速度从地面竖直向上抛出一个物体，空气的阻力可以忽略，分别计算0.6、1.6s后物体的位置（取g=10m/s）解：根据匀变速直线运动的位移与时间的关系可以得到抛出0.6s后物体位于地面以上4.
23、2m的位置，1.6s后位于地面以上3.2m的位置=4.2m=3.2m人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)从动力学看自由落体运动从动力学看自由落体运动一个竖直向上抛出的物体为什么1.6s时的位置反而比0.6s时更低？竖直向上抛出的物体不会永远向上运动。由于重力的作用，它的加速度向下，与速度方向相反，运动越来越慢，速度逐渐变为0。但是，物体不可能停在空中，它随即就会向下运动。尽管向下运动与向上运动的速度方向不同，但受力情况完全相同，所以两个运动阶段的加速度（大小、方向）也应该相同，仍是常
24、量g。1.6s时的位置，就是物体到达最高点后返回过程中所处的位置人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)从动力学看自由落体运动从动力学看自由落体运动将一个物体以初速度20m/s竖直向上抛出，忽略空气阻力，求物体到达距抛出点上方15m处时所用的时间(g取10m/s)可能在上升过程中到达该位置；也可能下落过程中到达该位置研究全过程：以初速度方向为正其中v0=20m/s，h=15m带入得t1=1s，t2=3s解：人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高
25、中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)从动力学看自由落体运动从动力学看自由落体运动一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重。一个可乘十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下。落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下。已知座舱开始下落时的高度为76m，当落到离地面28m的位置时开始制动，座舱均匀减速。若座舱中某人用手托着重50N的铅球，当座舱落到离地面50m的位置时，手的感觉如何？当座舱落到离地面15m的位置时，手要用多大的力才能托住铅球？当座舱离地面50m的位置时，升降机是自由落体运动状态，人和手中的铅球都处于完全失重状态
26、，即球队手无作用力(手没有受压力的感觉)当座舱离地面15m的位置时，座舱作匀减速运动，大小为方向向上。所以，手对铅球的作用力为：F=ma+mg=135N人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)小结小结受力特点初速度及加速度受力图特点匀加速直线运动物体抛出后只受重力作用，由牛顿第二定律知，agv0=0，a=g具有竖直向上的初速度，ag全过程看做是匀变速直线运动从动力学的角度看自由落体运动和竖直上抛运动运动形式自由落体运动竖直上抛运动人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(
27、共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)总结总结共点力的平衡条件平衡状态平衡状态的特点平衡条件静止状态匀速直线运动速度不发生变化(v=0或v=常数)加速度a0合外力为0F合=0Fx=0Fy=0人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)总结总结超重和失重分析特征状态加速度a视重(F)与重力(mg)的关系运动情况受力图平衡超重失重a0方向向上方向向下FmgFm(ga)mgFm(ga)静止或匀速直线运动向上加速，向下减速向下加速，向上减速人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)(共49张PPT)
