1、学案8用牛顿运动定律解决问题(二)学习目标定位1.理解共点力作用下物体平衡状态的概念以及共点力作用下物体的平衡条件.2.会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题.3.知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件判断超重、失重现象.4.能从动力学角度理解自由落体运动和竖直上抛运动一、共点力的平衡条件1平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态2平衡条件：合力为0.二、超重与失重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
2、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：物体的加速度竖直向下且等于g.三、从动力学看自由落体运动1受力情况运动过程中只受重力作用，且重力恒定不变，所以物体的加速度恒定2运动情况初速度为零的竖直向下的匀加速直线运动.一、共点力的平衡问题设计1什么是平衡状态？答案物体保持静止或匀速直线运动的状态叫做平衡状态2物体只有在不受力作用时，才能保持平衡状态吗？答案不是因为处于平衡状态时，物体所受的合力为零，而不只是不受力作用3速度等于零时，物体一定处于平衡状态吗？答案不一定平衡状态表现为速度始终不变，当物体某一瞬间的速度为零时，但速度要发生变化，
3、即加速度不为零时，就不是平衡状态要点提炼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a0)(2)3平衡条件的四个推论(1)二力作用平衡时，二力等大、反向(2)三力作用平衡时，任意两力的合力与第三个力等大、反向(3)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(4)物体处于平衡状态时，沿任意方向上分力之和均为零二、超重和失重问题设计小星家住十八楼，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
4、一台台秤如图1所示设小星的质量为50 kg，g取10 m/s2.求下列情况中台秤的示数图1(1)当电梯以a2 m/s2的加速度匀加速上升；(2)当电梯以a2 m/s2的加速度匀减速上升；(3)当电梯以a2 m/s2的加速度匀加速下降；(4)当电梯以a2 m/s2的加速度匀减速下降；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？答案(1)匀加速上升时，以人为研究对象，受力情况、加速度方向、速度方向如图所示选向上为正方向根据牛顿第二定律：FN1mgma得：FN1mgma50(102) N600 N(2)匀减速上升时，以人为研究对象，人的受力情况、加速度方向、速度方向如图
5、所示选向下为正方向根据牛顿第二定律：mgFN2ma得：FN2mgma50(102) N400 N(3)匀加速下降时，以人为研究对象，人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示，选向下为正方向，根据牛顿第二定律有mgFN3ma得：FN3mgma50(102) N400 N(4)匀减速下降时，以人为研究对象，人的受力情况、加速度方向、速度方向如图所示，选向上为正方向，根据牛顿第二定律有FN4mgma得：FN4mgma50(102) N600 N归纳总结：(1)、(4)中，物体具有向上的加速度时，将发生超重现象；(2)、(3)中，物体具有向下的加速度时，将发生失重现象要点提炼判断超重、失重状态的方法
6、1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(或支持力)等于零2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.三、从动力学看自由落体运动和竖直上抛运动1自由落体运动(1)条件：v00；只受重力作用，ag.(2)运动性质：初速度为零的匀加速直线运动(3)规律：vgt，hgt2，v2v2gh.2竖直上抛运动(1)条件：具有竖直向上的初速度；只受重力作用，ag.(2)运动性质全过程看：匀变速直线运动分过程看(3)规律：以初速
7、度v0竖直向上抛出的物体，到达的最大高度h，上升到最大高度所需时间t上.竖直上抛运动具有对称性a从抛出点上升到最高点所用的时间t上与从最高点落回抛出点所用的时间t下相等，即t上t下；b落回抛出点的速度大小v等于初速度v0；c上升和下降过程经过同一位置时速度大小相等；d上升和下降过程经过同一段高度的上升时间和下降时间相等一、共点力的平衡例1如图2所示，电灯的重力为20 N，绳AO与天花板间的夹角为45，绳BO水平，求绳AO、BO所受的拉力的大小解析解法一力的合成法O点受三个力作用处于平衡状态，如图所示， 图2 可得出FA与FB的合力F合方向竖直向上，大小等于FC.由三角函数关系可得出F合FAsi
8、n 45FCG灯FBFAcos 45解得FA20 N，FB20 N由牛顿第三定律知，绳AO、BO所受的拉力分别为20 N、20 N.解法二正交分解法如图所示，将FA进行正交分解，根据物体的平衡条件知FAsin 45FCFAcos 45FB后面的分析同解法一答案20 N20 N二、超重与失重例2如图3所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的过程中的vt图象，则()A物体在02 s处于失重状态B物体在2 s8 s处于超重状态C物体在8 s10 s处于失重状态 图3D由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态解析从加速度的角度判断，由题意知02 s物体的加速度竖直向上，则物体处于超重状态；2 s
9、8 s物体的加速度为零，物体处于平衡状态；8 s10 s物体的加速度竖直向下，则物体处于失重状态，故C选项正确答案C三、从动力学角度看自由落体和竖直上抛运动例3气球下挂一重物，以v010 m/s匀速上升，当达到离地面高175 m处时，悬挂重物的绳子突然断裂，那么重物经多长时间落到地面？落地速度多大？(空气阻力不计，g取10 m/s2)解析解法一分段法绳子断裂后，重物先匀减速上升，速度减为零后，再匀加速下降重物上升阶段，时间t11 s，由v2gh1知，h15 m重物下降阶段，下降距离Hh1175 m180 m设下落时间为t2，则Hgt，故t2 6 s重物落地速度vgt260 m/s，总时间tt1
10、t27 s解法二全程法取初速度方向为正方向重物全程位移hv0tgt2，h175 m可解得t17 s，t25 s(舍去)由vv0gt，故v60 m/s，负号表示方向竖直向下答案7 s60 m/s1共点力的平衡条件(1)平衡状态指物体处于静止状态或匀速直线运动状态平衡状态的特点是速度不发生变化(v0或v常数)，加速度a0.(2)共点力作用下物体的平衡条件是合外力为0，即F合0或.2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a0Fmg静止或匀速直线运动超重方向向上Fm(ga)mg向上加速，向下减速失重方向向下Fm(ga)mg向下加速，向上减速3.从动力学的角度看自
11、由落体运动和竖直上抛运动(1)物体抛出后只受重力作用，由牛顿第二定律知，ag；(2)自由落体运动：v00，ag，匀加速直线运动；竖直上抛运动：具有竖直向上的初速度，ag，全过程看做是匀变速直线运动.1.(共点力的平衡)如图4所示，一重为10 N的球固定在支杆AB的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为7.5 N，则AB杆对球的作用力()A大小为7.5 N 图4B大小为10 N C方向与水平方向成53角斜向右下方D方向与水平方向成53角斜向左上方答案D解析小球受力如图所示，则F2sin G，F2cos F1，tan ，53，F2 N12.5 N.2(超重和失重)在探究超重和失重
12、规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲和起立的动作传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力随时间t变化的图象，则下列图象中可能正确的是()答案D3(从动力学看自由落体和竖直上抛运动)将一个物体以初速度20 m/s竖直向上抛出，忽略空气阻力，求物体到达距抛出点上方15 m处时所用的时间(g取10 m/s2)答案1 s或3 s解析由于忽略空气阻力，物体只受重力作用，故上升、下降的加速度都是g.根据hv0tgt2，将v020 m/s，h15 m代入得：t11 s，t23 s物体上升过程中至距抛出点15 m处所用时间为1 s；物体从抛出点上升到最高点，然后自由下落至距抛出点15 m处所用的时间为3 s.