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1、,7,用牛顿运动定律解决问题（二）,我们常见的运动状态有变速运动和匀速运动，最常见的是物体静止的情况。,如果物体受力平衡，物体将做匀速直线运动或保持静止状态，这要看物体的初速度情况。,2.共点力,作用在物体的同一点,作用线相交于同一点,1.平衡状态：如果一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态,一、共点力的平衡条件,平衡状态,静止静平衡,匀速直线运动动平衡,a=0,根据牛顿第二定律F合=ma,F合=0,总结,(v=0,a=0),(v0,a=0),想一想：速度等于与静止是一回事吗？,共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,物体处于平衡状态指的是物体受合力为零的状
2、态，并不是物体运动速度为零的位置。处于竖直上抛最高点的物体只是在瞬间速度为零，而加速度并不为零，它的速度立刻就会发生改变，所以不能认为物体处于平衡状态。,结论,三个力平衡，合力为零，则任意两个力的合力与第三个力必定大小相等，方向相反，作用在同一直线上。推广到多个力平衡，如果物体受到多个共点力作用处于平衡状态，则其中任意一个力一定与其余的力的合力大小相等方向相反,O,G,A,B,例题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。如图所示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，钢索OA对
3、O点的拉力和杆OB 对O点的支持力各是多大?,解：三个力的合力为0，则这三个力在任何方向的分矢量之和一定为0。建立坐标系分别如图所示，分别写出三个力在X方向和Y方向的分矢量，于是一定有F2F1cos=0F1sinF3=0由以上两式解出钢索OA受到的拉力F1硬杆OB的支持力F2,解题方法：(1）物体受二力作用：利用二力平衡条件解答.(2）物体受三力作用：常用有合成法、正交分解法、效果分解法、三角形法等解法。(3)物体受三个以上力作用：常用正交分解法。,练习1、下列各组共点的三个力可能平衡的是：()A.3N，4N，8N B.6N，10N，2NC.8N，7N，4N D.7N，9N，16N,C D,练
4、习2、用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中，如图所示。已知ac和bc与竖直方向的夹角分别为 30和60，则ac绳和bc绳中的拉力分别为:,A,B,C,D,A,静态平衡,静态平衡,答案,F1=G/cos37o=1.25GF2=Gtan37o=0.75G,练习3：如图所示，重为G10N的小球在竖直挡板作用下静止在倾角为=37o的光滑斜面上，已知挡板也是光滑的，求：（1）斜面对小球弹力F1的大小；（2）挡板对小球弹力F2的大小。,G,练习4、质量为m的物体放在倾角为的斜面上，它与斜面的滑动摩擦因数为，在水平恒定推力F的作用下，物体沿斜面匀速向上运动。则物体受到的摩擦力是（）,FN,Ff,F,A、mg
5、cosB、(mgcos+Fsin)C、Fcos-mgsin D、Fsin,BC,静态平衡,练习5、质量为m的木块在推力F作用下，在水平地面上做匀速运动，如图所示，已知木块与地面间的动摩擦因数为，那么木块受到的滑动摩擦力为（）Amg B（mg+Fsin）C（mg-Fsin）DFcos,B D,静态平衡,练习6、在“验证力的平行四边形定则”实验中，使b弹簧秤从图示位置开始顺时针缓慢转动，在这过程中保持O点位置不变和a弹簧秤的拉伸方向不变，则关于a、b弹簧秤的读数变化是()A.a增大，b减小 B.a减小，b增大C.a减小，b先增 大后减小D.a减小，b先减小后增大,D,分析动态平衡的解题思路:,(1
6、)解析法：求出因变量与自变量的一般函数表达式，然后根据自变量的变化，确定因变量的变化.,(2)图解法：画出不同状态下的力的矢量图（画在同一个图中），然后根据表示力的有向线段的长度变化判断各个力的变化情况。,(3)相似法：用力的矢量三角形与几何三角形相似列比例式，然后进行分析。,动态平衡,答案,球对斜面的压力一直在减小球对挡板的压力先减小后增大,练习7：如图所示，一个重为G的小球，夹在斜面与竖直挡板之间保持静止，斜面倾角为37o，不计一切摩擦，现使挡板从图示竖直位置缓慢的顺时针转为水平，这个过程中小球对斜面与竖直挡板的压力大小是怎么变化的.,动态平衡,练习8：如图所示，用水平细线将电灯拉到图示位
7、置，若保持灯的位置不变，将细线由水平位置顺时针转到竖直为止的过程中，细线受到的拉力如何变化？,答案,OA绳上的拉力先减小后增大OB绳上的拉力一直在减小,课堂小结,1.共点力平衡的条件：物体受合力为0,2.求解共点力作用下平衡问题的步骤（1）确定研究对象（2）对研究对象进行受力分析，并画受力图；（3）据物体的受力和已知条件，选用力的合成、分解、正交分解法，确定解题方法；（4）解方程，进行讨论和计算,杯子里装满水，静止在水平桌面上，当塞子拔出时，将观察到什么现象？,这是因为液体受到重力而使内部存在压力，小孔以上部分的水对以下部分的水的压力造成小孔处的水流出。,这时我们发现虽然杯壁上有孔，但水却没有
8、流出来，这是为什么呢？,如果让这个杯子自由下落又是什么情况呢？,第二课时 超重和失重,思考,用弹簧秤测物体的重力时应使物体处于什么状态？,物体处于平衡状态,弹簧秤的示数是哪个力的？,物体拉弹簧的力的示数,根据平衡条件和牛顿第三定律知道：弹簧秤的示数等于物体重力的大小.,做一做,实验现象：弹簧秤和物体一起加速上升，弹簧秤示数大于物体的重力。,用弹簧秤测物体的重力时，突然向上加速，弹簧秤的示数如何变化？,分析,物体的受力情况,物体向上加速时：,根据牛顿第二定律：,FGma,F ma G G,根据牛顿第三定律可知，物体所受的拉力F与物体对弹簧秤的拉力F（弹簧秤的示数）相等，大于物体的重力。,一、超重
9、现象：,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情况称为超重现象。,1.定义:,信息,超重对宇航员的影响,宇航员在飞船起飞和返回地面时，处于超重状态，特别是在升空时，超重可达重力的9倍，超重使人不适，起初会感到头晕、呕吐，超重达到3倍重力时既感到呼吸困难；超重达到4倍重力时，颈骨已不能支持头颅，有折断的危险。所以升空时宇航员必须采取横卧姿势，以增强对超重的耐受能力。,宇航员的平躺姿势,例题2：一个质量为70Kg的人乘电梯下楼。快到此人要去的楼层时，电梯以3m/s2的加速度匀减速下降，求这时他对电梯地板的压力。（g=10m/s2）,Fmgma,解,人向下做匀减速直线运动，加速度方
10、向向上。根据牛顿第二定律得：,F 910N,根据牛顿第三定律，人对地板的压力大小也等于910N，方向竖直向下。,2.产生超重的条件：,物体有向上的加速度,加速上升,减速下降,实验和例题可以看出产生超重现象的条件,思考,物体向上减速时：,根据牛顿第二定律：,G F ma,F G ma G,物体所受的拉力F与物体对弹簧秤的压力F（弹簧秤的示数）小于物体的重力,用弹簧秤匀速拉物体时，突然向上减速运动，弹簧秤的示数如何变化？,二、失重现象：,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情况称为失重现象。,1.定义:,例题3、在升降机中测人的体重，已知人的质量为40kg，若升降机以2.5m/
11、s2的加速度匀加速下降，台秤的示数是多少？若升降机自由下落，台秤的示数又是多少？,解：,当升降机匀加速下降时，根据牛顿第二定律可知：mg F ma F mg ma,根据牛顿第三定律可知：台秤的示数分别为300N和0N。,当a1=2.5m/s2，F1=300N,当自由下落时，a2=g，F2=0N,2.完全失重：,物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的情况称为完全失重，就好像物体没有受到重力一样。,3.产生失重的条件：,物体有向下的加速度,减速上升,加速下降,实验和例题可以看出产生失重现象的条件,实验和例题可以看出产生完全失重现象的条件,物体的 的加速度等于g,两种情况：自由落体竖直上抛,
12、4、物体发生超重还是失重现象，只跟物体的加速度方向有关，物体具有向上（或 向下）的加速度时，它就处于超重（或失重）状态；与运动的方向无关。,我们把物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力叫做物体的视重。,5、发生超重或失重现象时，物体的重力不变，只是视重发生改变。,日常生活中的超重和失重现象,人在体重计上突然下蹲至静止的过程中，体重计的示数是否变化？怎样变化?再突然起立又会怎样？,开始下蹲时加速度：,竖直向下,失重,将要蹲下时加速度：,竖直向上,超重,读数变小,读数变大,分析：人下蹲是由静止开始向下做加速运动，,蹲下后最终速度变为零，做减速运动,先变小再变大最后不变（等于重力）。,开始站起时加速度：
13、,竖直向上,超重,将要站起时加速度：,竖直向下,失重,读数变大,读数变小,人突然向上迅速站起来是由静止开始向上做加速运动，,站立后最终速度变为零，做减速运动,先变大再变小最后不变（等于重力）。,试分析前面引入实验中，当杯子自由下落时，为什么杯中的水不喷出？,解：当杯子自由下落时，杯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。但杯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。,完全失重的情况下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，但仍能测量拉力或压力的大小。,无法用天平测量物体的质量,利用完全失重条件的科学研究,液体呈绝对球形,制造理想的滚珠,制造泡
14、沫金属,课堂小结,超重和失重,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情况称为超重现象。,一、超重现象：,1.定义:,2.产生超重的条件：,物体有向上的加速度,2.产生失重的条件：,二、失重现象：,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情况称为失重现象。,物体有向下的加速度,3.完全失重：,物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的情况称为完全失重，就好像物体没有受到重力一样。,产生完全失重的条件：物体有向下的加速度,a=g,1、电梯的顶部挂有一个弹簧秤，秤下端挂了一个重物，电梯静止时弹簧秤的示数为10N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数为
15、8N，关于电梯的运动，以下说法正确的是（）A、电梯可能向下加速运动B、电梯可能向上加速运动C、电梯可能向下减速运动D、电梯可能向上减速运动,AD,2、在太空站的完全失重的环境中,下列仪器可以使用的是()A、水银温度计 B、体重计C、打点记时器 D、天平E、水银气压计 F、弹簧测力计,ACF,3、在一个封闭装置中，用弹簧秤称一物体的重力，根据读数与实际重力之间的关系，以下说法中正确的是A.读数偏大，表明装置加速上升B.读数偏小，表明装置减速下降C.读数为零，表明装置运动加速度等于重力加速度，但无法判断是向上还是向下运动D.读数准确，表明装置匀速上升或下降,CD,三、从动力学看自由落体运动,在第二
16、章，我们通过实验研究了自由落体运动，知道它是加速度的大小和方向都不变的匀变速直线运动。那时我们只分析了这个现象，没有考虑它的加速度为什么不变。要回答这个问题，就要分析它的受力情况。,物体做自由落体运动有两个条件：,第一、物体是从静止开始下落的，即运动的初速度是0；,第二、运动过程中它只受重力的作用。,根据牛顿第二定律，物体运动的加速度与它受的力成正比，加速度的方向与力的方向相同。自由落体在下落的过程中所受重力的大小、方向都不变，所以加速度的大小、方向也是恒定的。,例题：以10m/s的速度从地面竖直向上抛出一个物体，空气阻力可以忽略，分别计算0.6s、1.6s后物体的位置（取g=10m/s2）,
17、解：以地面为原点，竖直向上建立坐标轴。,V0=10m/s a=10m/s2 t1=0.6s t2=1.6s,抛出0.6s后物体位于地面以上4.2m的位置，1.6s后位于地面以上3.2m的位置。,实际上，竖直向上抛出的物体不可能永远向上运动。由于重力的作用，它的加速度向下，与速度方向相反，运动会越来越慢，速度逐渐变为零。但是物体不可能停在空中，它随即会向下运动。尽管向下运动与向上运动速度方向不同，但受力情况相同，所以两个运动阶段的加速度(大小、方向)也相同，仍是常量g。例题中算出的1.6s时的位置，就是物体到达最高点后返回时所处的位置。,解：,（1）重物不会立即下降，而是做竖直上抛运动。,上升过
18、程：,自9m高处继续上升的最大高度：,下降过程的总高度：,由 可求得下降时间：,从绳断到落地的总时间：,（2）重物落地时的速度：,V地,h,H,H上,v0,例1：气球上系一重物,以4m/s的速度自地面上升.当上升到离地面高度h=9m处时,绳子突然断开.问:(取g=10m/s2)（1）重物是否立即下降?重物要经过多长时间才能落到地面?（2）重物落地时的速度多大?,另一种方法：考虑整个过程,以绳断瞬间重物所处位置为坐标原点，竖直向上为正方向,由公式,代入数据得：,得：,由速度公式得：,竖直上抛运动,a=-g,v0,2、分段研究,上升阶段：,匀减速直线运动,规律,上升时间:,上升最大高度:,下降阶段
19、：,自由落体运动,1、定义：只在重力G（忽略空气阻力）作用下，具有与重力方向相反的初速度V0的物体的运动，叫做竖直上抛运动。,t上,a=-g,v0,对称性,t上=t下,v=v0,t上,由对称性可推得：物体上升过程通过某段高度AB的时间tAB与下落过程通过同样这一段高度BA的时间tBA相等。上升过程通过某点的速率与下落过程通过同一点的速率相等。,h,a=-g,v0,3、整体研究,全过程匀变速直线运动,（1）规律,v,（2）位移h以抛出点为起点,上方：正,下方：负,（3）速度v,图线在t轴上方：方向为正，表示向上运动,向上：方向为正,向下：方向为负,在速度时间图象中,图线在t轴下方：方向为负，表示向下运动,1.在距地面h高度处以初速度v0=5m/s竖直上抛一小球，经时间t=4s小球落地。求抛出点的高度h。(取g=10m/s2),解：,则抛出点的高度h=60m,2.在距地面h=12m高度处以初速度v0竖直上抛一小球，经时间t=2s小球落地。求初速度v0。(取g=10m/s2),解:由公式,代入数据得:,解得:,3、一小球从塔顶竖直上抛，它经过抛出点之上0.4m处时的速度为3m/s，则它经过抛出点之下0.4m处时的速度为多大?（不计空气阻力，取g=10m/s2）,解:,塔顶,v0,由 可得：,解得：,
