高中物理《用牛頓定律解決問題 二》課件7（69張PPT）（新人教版必修1）ppt

,歡迎進(jìn)入物理課堂,4.7用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題(二),第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律,牛頓定律,牛頓第一定律慣性定律,慣性反映物體在不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,牛頓第二定律F=ma反映了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,牛頓第三定律F=F/(作用力和反作用力定律)反映了物體之間的相互作用規(guī)律,牛頓運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容,1.基本思路:加速度a是聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的橋梁,所求量,所求量,動(dòng)力學(xué)問題的求解,2.解題步驟：,(1)確定研究對(duì)象；(2)分析受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，畫示意圖(受力和運(yùn)動(dòng)過程)；(3)用牛頓第二定律或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求加速度；(4)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式或牛頓第二定律求所求量。,動(dòng)力學(xué)問題的求解,一、共點(diǎn)力的平衡條件,1、共點(diǎn)力,物體所受各力的作用點(diǎn)在物體上的同一點(diǎn)或力的作用線相交于一點(diǎn)的幾個(gè)力叫做共點(diǎn)力。,能簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)的物體受到的各個(gè)力可視為共點(diǎn)力。,一、共點(diǎn)力的平衡條件,3、共點(diǎn)力的平衡條件,由牛頓第一定律和牛頓第二定律知：物體不受力或合力為零時(shí)將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)平衡狀態(tài)。,在共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為0.,即:F合=0,2、平衡狀態(tài),靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，叫做平衡狀態(tài)。,一、共點(diǎn)力的平衡條件,4、物體平衡的兩種基本模型,G,N,N=G,G,N,F,f,N=G,f=F,一、共點(diǎn)力的平衡條件,二力平衡條件:等大、反向、共線.,5、研究物體平衡的基本思路和基本方法,（1）轉(zhuǎn)化為二力平衡模型合成法,很多情況下物體受到三個(gè)力的作用而平衡，其中任意兩個(gè)力的合力必定跟第三個(gè)力等大反向。,F,一、共點(diǎn)力的平衡條件,三力平衡條件:任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大、反向、共線。,據(jù)平行四邊形定則作出其中任意兩個(gè)力的合力來代替這兩個(gè)力，從而把三力平衡轉(zhuǎn)化為二力平衡。這種方法稱為合成法。,5、研究物體平衡的基本思路和基本方法,（1）轉(zhuǎn)化為二力平衡模型合成法,很多情況下物體受到三個(gè)力的作用而平衡，其中任意兩個(gè)力的合力必定跟第三個(gè)力等大反向。,一、共點(diǎn)力的平衡條件,三力平衡條件:任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大、反向、共線。,據(jù)平行四邊形定則作出其中任意兩個(gè)力的合力來代替這兩個(gè)力，從而把三力平衡轉(zhuǎn)化為二力平衡。這種方法稱為合成法。,例與練,1、如圖所示，在傾角為的斜面上，放一重力為G的光滑小球，球被豎直擋板擋住不下滑，求：斜面和擋板對(duì)球的彈力大小。,對(duì)球受力分析：,G,F1,F2,F,F=G,F1=F/cos=G/cos,F2=Ftan=Gtan,C,例與練,2、重力為G的物體用如圖所示的OA、OB、OC三根細(xì)繩懸掛處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知細(xì)繩OA處于水平，OB與豎直方向成60角，求細(xì)繩OA、OB和OC張力的大小。,G,600,F1=G,A,B,O,F1,對(duì)物體受力分析,對(duì)繩子O點(diǎn)受力分析,O,F1,F2,F3,C,例與練,G,600,F1=G,A,B,O,F1,對(duì)物體受力分析,對(duì)繩子O點(diǎn)受力分析,O,F1,F2,F3,F,F=F1=F1=G,F2=F/cos600=2G,F3=Ftan600,2、重力為G的物體用如圖所示的OA、OB、OC三根細(xì)繩懸掛處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知細(xì)繩OA處于水平，OB與豎直方向成60角，求細(xì)繩OA、OB和OC張力的大小。,（2）轉(zhuǎn)化為四力平衡模型分解法,物體受三個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí)，也可以把其中一個(gè)力進(jìn)行分解(一般采用正交分解法)，從而把三力平衡轉(zhuǎn)化為四力平衡模型。這種方法稱為分解法。,一、共點(diǎn)力的平衡條件,5、研究物體平衡的基本思路和基本方法,（2）轉(zhuǎn)化為四力平衡模型分解法,G,F2,F1x,F1y,當(dāng)物體受三個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí)，也可以把其中一個(gè)力進(jìn)行分解(一般采用正交分解法)，從而把三力平衡轉(zhuǎn)化為四力平衡模型。這種方法稱為分解法。,當(dāng)物體受三個(gè)以上共點(diǎn)力平衡時(shí)，一般采用分解法。,一、共點(diǎn)力的平衡條件,5、研究物體平衡的基本思路和基本方法,例與練,3、如圖所示，在傾角為的斜面上，放一重力為G的光滑小球，球被豎直擋板擋住不下滑，求：斜面和擋板對(duì)球的彈力大小。,對(duì)球受力分析：,G,F1,F2,例與練,3、如圖所示，在傾角為的斜面上，放一重力為G的光滑小球，球被豎直擋板擋住不下滑，求：斜面和擋板對(duì)球的彈力大小。,對(duì)球受力分析：,F1x=F1sin,F1y=F1cos,例與練,3、如圖所示，在傾角為的斜面上，放一重力為G的光滑小球，球被豎直擋板擋住不下滑，求：斜面和擋板對(duì)球的彈力大小。,對(duì)球受力分析：,G,F2,F1x,F1y,F1x=F1sin,F1y=F1cos,F1=G/cos,F2=F1x=F1sin,F1y=F1cos=G,=Gsin/cos=Gtan,C,例與練,4、重力為G的物體用如圖所示的OA、OB、OC三根細(xì)繩懸掛處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知細(xì)繩OA處于水平，OB與豎直方向成60角，求細(xì)繩OA、OB和OC張力的大小。,G,600,F1=G,A,B,O,F1,對(duì)物體受力分析,對(duì)繩子O點(diǎn)受力分析,O,F1,F2,F3,C,例與練,G,600,F1=G,A,B,O,F1,對(duì)物體受力分析,對(duì)繩子O點(diǎn)受力分析,O,F1,F3,4、重力為G的物體用如圖所示的OA、OB、OC三根細(xì)繩懸掛處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知細(xì)繩OA處于水平，OB與豎直方向成60角，求細(xì)繩OA、OB和OC張力的大小。,F2,F2x,F2y,F2x=F2sin600,F2y=F2cos600,C,例與練,G,600,A,B,O,F1,O,F1,F3,4、重力為G的物體用如圖所示的OA、OB、OC三根細(xì)繩懸掛處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知細(xì)繩OA處于水平，OB與豎直方向成60角，求細(xì)繩OA、OB和OC張力的大小。,F2x,F2y,F2y,=F1=G,F3=F2x,例1、城市中的路燈，無軌電車的供電線路等，經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛。圖為這類結(jié)構(gòu)的一種簡(jiǎn)化模型。圖中硬桿OB可繞通過B點(diǎn)且垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼索和桿的重量都可忽略。如果懸掛物的重量是G，角AOB等于，鋼索OA對(duì)O點(diǎn)的拉力和桿OB對(duì)O點(diǎn)的支持力各是多大？,例與練,mg,f,N,F1=Fcos370=20N,F2=Fsin370=15N,5、質(zhì)量為5.5Kg的物體，受到斜向右上方與水平方向成370角的拉力F=25N作用，在水平地面上勻速運(yùn)動(dòng)，求物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)(g=10m/s2)。,例與練,mg,f,N,f=F1=20N,N=mg-F2=40N,5、質(zhì)量為5.5Kg的物體，受到斜向右上方與水平方向成370角的拉力F=25N作用，在水平地面上勻速運(yùn)動(dòng)，求物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)(g=10m/s2)。,F1=Fcos370=20N,F2=Fsin370=15N,F1,F2,例與練,6、(拓展)如圖所示，質(zhì)量為m的木塊放在質(zhì)量為M、傾角為的斜面體上，斜面體放在粗糙的水平地面上，用沿斜面向上的拉力F拉木塊，使木塊與斜面體都保持靜止，求地面對(duì)斜面體的摩擦力和支持力。,對(duì)整體受力分析,整體,F,(m+M)g,f,N,F1,F2,F1=Fcos,F2=Fsin,整體,例與練,6、(拓展)如圖所示，質(zhì)量為m的木塊放在質(zhì)量為M、傾角為的斜面體上，斜面體放在粗糙的水平地面上，用沿斜面向上的拉力F拉木塊，使木塊與斜面體都保持靜止，求地面對(duì)斜面體的摩擦力和支持力。,對(duì)整體受力分析,f,N,F1,F2,F1=Fcos,F2=Fsin,f=F1=Fcos,N=(m+M)gF2,(m+M)g,=(m+M)gFsin,例與練,7、(拓展)如圖所示，一個(gè)重為G的小球，用細(xì)線懸掛在O點(diǎn)，現(xiàn)在用水平力F拉小球，使懸線偏離豎直方向30時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)F的方向由水平緩慢地變?yōu)樨Q直方向的過程中，拉力F及細(xì)線的張力大小分別如何變化？,G,T,F,二、超重和失重,二、超重和失重,例2、如圖，人的質(zhì)量為m，當(dāng)電梯以加速度a加速上升時(shí)，人對(duì)地板的壓力N是多大？,解：人為研究對(duì)象，人在升降機(jī)中受到兩個(gè)力作用：重力G和地板的支持力,由牛頓第二定律得,Nmg=ma,故：N=mg+ma,人受到的支持力N大于人受到的重力G,由牛頓第三定律得：壓力N/大于重力G,N,二、超重和失重,1、超重,物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Γㄒ曋兀┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象。,二、超重和失重,例2、如圖，人的質(zhì)量為m，當(dāng)電梯以加速度a加速上升時(shí)，人對(duì)地板的壓力N是多大？,解：人為研究對(duì)象，人在升降機(jī)中受到兩個(gè)力作用：重力G和地板的支持力,由牛頓第二定律得,Nmg=ma,故：N=mg+ma,人受到的支持力N大于人受到的重力G,由牛頓第三定律得：壓力N/大于重力G,N,二、超重和失重,加速下降,mgN=ma,N=mgma,2、失重,物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Γㄒ曋兀┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象。,二、超重和失重,例2、如圖，人的質(zhì)量為m，當(dāng)電梯以加速度a加速上升時(shí)，人對(duì)地板的壓力N是多大？,解：人為研究對(duì)象，人在升降機(jī)中受到兩個(gè)力作用：重力G和地板的支持力,由牛頓第二定律得,Nmg=ma,故：N=mg+ma,人受到的支持力N大于人受到的重力G,由牛頓第三定律得：壓力N/大于重力G,N,二、超重和失重,加速下降,mgN=ma,N=mgma,以加速度a=g豎直加速下降？,=0,3、完全失重,應(yīng)用1：試分析當(dāng)瓶子自由下落時(shí)，瓶子中的水是否噴出？,解：當(dāng)瓶子自由下落時(shí)，瓶子中的水處于完全失重狀態(tài)，水的內(nèi)部沒有壓力，故水不會(huì)噴出。但瓶子中水的重力仍然存在，其作用效果是用來產(chǎn)生重力加速度。,二、超重和失重,當(dāng)升降機(jī)以加速度a=g豎直加速下降時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Γㄒ曋兀榱愕默F(xiàn)象。,4、視重：物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦?（1）、視重大于重力,（2）、視重小于重力,（3）、視重等于重力,（4）、視重等于零,（但此時(shí)重力不等于零）,超重,失重,靜止或勻速狀態(tài),完全失重,二、超重和失重,下面所示的情況中，對(duì)物體m來說，哪幾種發(fā)生超重現(xiàn)象？哪幾種發(fā)生失重現(xiàn)象？,甲,乙,丙,丁,NG超重,NG超重,向上減速運(yùn)動(dòng),向上加速運(yùn)動(dòng),向下加速運(yùn)動(dòng),向下減速運(yùn)動(dòng),二、超重和失重,a方向向上,加速上升,減速下降,超重,a方向向下,加速下降,減速上升,失重,二、超重和失重,小結(jié):超重、失重、視重和重力的區(qū)別,、視重是指物體對(duì)支物體的壓力（或懸掛物對(duì)物體的拉力），是可變的。,、物體的重力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，不論物體處于超重還是失重狀態(tài)，重力不變。（G=mg）,規(guī)律,a豎直向上視重>重力超重狀態(tài),a豎直向下視重<重力失重狀態(tài),超重還是失重由a方向決定，與v方向無關(guān),二、超重和失重,例與練,1、關(guān)于超重和失重，下列說法中正確的是（）A、超重就是在某種情況下，物體的重力變大了B、物體向上運(yùn)動(dòng)一定處于超重狀態(tài)C、物體向下減速運(yùn)動(dòng)，處于超重狀態(tài)D、物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)處于完全失重狀態(tài),（1）超重（失重）是指視重大于（小于）物體的重力，物體自身的重力并不變化。,（2）是超重還是失重，看物體加速度的方向，而不是看速度的方向。,（3）若物體向下的加速度等于重力加速度，物體的視重為零完全失重。,例與練,2、一個(gè)人站在醫(yī)用體重計(jì)的測(cè)盤上不動(dòng)時(shí)測(cè)得體重為G，當(dāng)此人由直立突然下蹲直至蹲在體重計(jì)不動(dòng)的過程中，體重計(jì)的示數(shù)（）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，視重小于重力。,（2）再向下減速超重，視重大于重力。,（3）最后不動(dòng)視重等于重力。,超重和失重現(xiàn)象的應(yīng)用,航天飛機(jī)中的人和物都處于狀態(tài)。,完全失重,在航天飛機(jī)中所有和重力有關(guān)的儀器都無法使用！,彈簧測(cè)力計(jì)無法測(cè)量物體的重力.,天平無法測(cè)量物體的質(zhì)量,但仍能測(cè)量拉力或壓力的大小。,例與練,3、在宇宙飛船中，下列儀器一定不能正常使用的是（）A、彈簧測(cè)力計(jì)B、醫(yī)用體重計(jì)C、水銀氣壓計(jì)D、天平,4、原來做勻速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)內(nèi)，有一被拉長(zhǎng)彈簧拉住的具有一定質(zhì)量的物體A靜止在底板上，如圖，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)A突然被彈簧拉向右方，由此可以判斷，此升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)可能是:()A、加速上升B、減速上升C、加速下降D、減速下降,分析：勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)物體所受靜摩擦力等于彈簧拉力，若物體突然被拉向右方，則所受摩擦力變小，壓力變小，故物體加速度向下，所以升降機(jī)可能向上減速或向下加速,BC,f=N,F=kx,例與練,例與練,5、質(zhì)量為m的物體用彈簧秤懸掛在電梯中，當(dāng)電梯以g/2的加速度豎直加速下降時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)及物體的重力分別為（）A、mg，mgB、mg/2，mg/2C、mg/2，mgD、mg，mg/2,例與練,6、一個(gè)人在地面上最多能舉起300N的重物，在沿豎直方向做勻變速運(yùn)動(dòng)的電梯中，他最多能舉起250N的重物。求電梯的加速度。(g=10m/s2),（1）在地面上,G,F,F=G=300N,（2）在電梯中,G,F,F-G=ma,方向:豎直向上,7、據(jù)報(bào)道：某航空公司的一架客機(jī)，在正常航線上做水平飛行時(shí)，突然受到強(qiáng)大垂直氣流的作用后，使飛機(jī)在10s內(nèi)下降高度1700m，造成眾多乘客和機(jī)組人員的受傷事故。如果只研究飛機(jī)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，且假定這一運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，試計(jì)算：(1)飛機(jī)在豎直方向上產(chǎn)生的加速度是多大？方向怎樣？(2)乘客所系安全帶必須提供乘客體重多少倍的拉力，才能使乘客不脫離坐椅？,例與練,解析：,(1)豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。由公式x=（1/2）at2,解得:a=21700/100m/s2=34m/s(2)由題意知:乘客對(duì)坐椅的正壓力為零，由牛頓第二定律F合=ma得：FN+mg=ma故FN=m(a-g)=m(3.4g-g)=2.4mg所以安全帶提供至少為乘客體重2.4倍的拉力。,三、從動(dòng)力學(xué)看落體運(yùn)動(dòng),1、自由落體運(yùn)動(dòng),（1）自由落體運(yùn)動(dòng)定義,F合=G=mg,（2）自由落體加速度,物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)。,V0=0,三、從動(dòng)力學(xué)看落體運(yùn)動(dòng),方向豎直向下。,2、豎直上拋運(yùn)動(dòng),（1）豎直上拋運(yùn)動(dòng)定義,F合=G=mg,（2）豎直上拋運(yùn)動(dòng)加速度,物體以一定的初速度豎直向上拋出后只在重力作用下的運(yùn)動(dòng)。,方向豎直向下。,三、從動(dòng)力學(xué)看落體運(yùn)動(dòng),2、豎直上拋運(yùn)動(dòng),（3）豎直上拋運(yùn)動(dòng)研究方法,（4）豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律公式,以向上方向?yàn)檎较?，豎直上拋運(yùn)動(dòng)是一個(gè)加速度為g的勻減速直線運(yùn)動(dòng)。,三、從動(dòng)力學(xué)看落體運(yùn)動(dòng),例3、以10m/s的速度從地面豎直向上拋出一個(gè)物體，空氣的阻力可以忽略，分別計(jì)算0.6s、1.6s后物體的位置（g取10m/s2）。,0.6s、1.6s時(shí)物體的速度?,例與練,1、從塔上以20m/s的初速度豎直向上拋一個(gè)石子，不考慮空氣阻力，求5s末石子速度和5s內(nèi)石子位移。(g=10m/s2)。,V0,以向上方向?yàn)檎较颉?x正,x,Vt,牛頓運(yùn)動(dòng)定律,牛頓定律知識(shí)結(jié)構(gòu),四、簡(jiǎn)單的連接體問題,例1：如圖所示，質(zhì)量為2kg的正方體A和質(zhì)量為1kg的正方體B兩個(gè)物體靠在一起，放在光滑的水平面上，現(xiàn)用水平力F=30N推A，求A對(duì)B作用力的大小。,A,F,F合=F=30N,先分析AB整體的受力情況：,B,AB,G,N,F,再分析B的受力情況：,B,GB,NB,FB,FB=mBa=10N,四、簡(jiǎn)單的連接體問題,例2：如圖所示，質(zhì)量為2kg的m1和質(zhì)量為1kg的m2兩個(gè)物體用水平細(xì)線連接，放在光滑的水平面上，現(xiàn)用水平拉力F拉m1，使m1和m2一起沿水平面運(yùn)動(dòng)，若細(xì)線能承受的最大拉力為8N，求水平拉力F的最大值。,F,m2,m1,先分析m2的受力情況：,G2,N2,T,再分析m1m2整體受力情況：,m1m2,G,N,F,F=(m1+m2)a=24N,四、簡(jiǎn)單的連接體問題,小結(jié)：,先用整體法求加速度，,1、已知外力求內(nèi)力：,再用隔離法求內(nèi)力,先用隔離法求加速度，,2、已知內(nèi)力求外力：,再用整體法求外力,四、簡(jiǎn)單的連接體問題,例與練,1、如圖所示，在水平地面上有兩個(gè)相互接觸的物體A和B，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都是，現(xiàn)用水平推力F向右推A，使A、B一起沿地面向前運(yùn)動(dòng)，則A對(duì)B的作用力為多大？,A,F,B,f=N=(m1+m2)g,先分析AB整體的受力情況：,AB,G,N,F,f,F合=Ff=F(m1+m2)g,例與練,1、如圖所示，在水平地面上有兩個(gè)相互接觸的物體A和B，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都是，現(xiàn)用水平推力F向右推A，使A、B一起沿地面向前運(yùn)動(dòng)，則A對(duì)B的作用力為多大？,A,F,B,AB,G,N,F,再分析B的受力情況：,B,GB,NB,FB,FB合=FBfB=m2a,f,fB,FB=fB+m2a,fB=NB=m2g,m2,例與練,2、如圖所示，質(zhì)量為2kg的m1和質(zhì)量為1kg的m2兩個(gè)物體疊放在一起，放在水平面，m1與m2、m1與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都是0.3，現(xiàn)用水平拉力F拉m1，使m1和m2一起沿水平面運(yùn)動(dòng)，要使m1和m2之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，水平拉力F最大為多大？,G2,N2,f2,先分析m2的受力情況：,f2=N2=m2g=3N,f2=m2a,m2,例與練,2、如圖所示，質(zhì)量為2kg的m1和質(zhì)量為1kg的m2兩個(gè)物體疊放在一起，放在水平面，m1與m2、m1與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都是0.3，現(xiàn)用水平拉力F拉m1，使m1和m2一起沿水平面運(yùn)動(dòng)，要使m1和m2之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，水平拉力F最大為多大？,G2,N2,f2,m1m2,G,N,F,再分析m1m2整體受力情況：,f,f=N=(m1+m2)g=9N,F合=Ff=(m1+m2)a,F=f+(m1+m2)a=18N,楊利偉太空之旅,感受：,航天飛機(jī)內(nèi)的完全失重現(xiàn)象,感受：,太空漫步,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,