2022高一物理教案第7讲牛顿运动定律基本应用.doc
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1、第7讲 牛顿运动定律 基本应用7.1 超重与失重在完全失重的太空舱中,会出现很多有意思的现象,如图为正常的蜡烛火焰和完全失重时蜡烛火焰的对比,差别很明显。那么超、失重现象是如何产生的,有什么规律呢?下面我们就利用学习过的牛顿运动定律来研究有关超、失重的问题 知识点睛某同学质量约为,他站在电梯中的体重计上,然后乘坐电梯从层直接到层,之后又从层直接回到层,并用照相机进行了相关记录,如图所示。从图中我们可以看到,在电梯启动和制动的过程中,体重计的示数并不等于该同学的实际体重。因此,我们首先要弄清实重与视重两个概念。1实重与视重 实重:物体实际所受的重力。实重不会因物体运动状态的改变而变化 视重:当物
2、体在竖直方向有加速度时,物体对弹簧秤的拉力(台秤的压力)将不等于物体的重力,弹簧秤(台秤)的示数叫做物体的视重。由于物体竖直方向有加速度时视重不再等于实重,因此我们在用弹簧秤测物体重力时,应在静止状态或匀速直线运动状态下进行。2超重和失重首先请同学们解决下面的问题。人的质量为,当电梯以加速度向上加速时,人对地板的压力多大?当电梯以加速度向下加速时,人对地板的压力多大?利用上节课学习的牛顿第二运动定律,这个问题不难解决,设地板对人的支持力为 电梯以加速度向上加速时,由牛顿第二运动定律得:,故。由牛顿第三运动定律知,人对地板的压力大小。我们把这种视重大于实重的现象叫做超重。 同理:电梯以加速度向下
3、加速时,由牛顿第二运动定律得:,故。由牛顿第三运动定律知,人对地板的压力大小。我们把这种视重小于实重的现象叫做失重。 超重 定义:视重大于实重的现象。 产生条件:物体具有竖直向上的加速度。 失重 定义:视重小于实重的现象。 产生条件:物体具有竖直向下的加速度。 完全失重现象 定义:视重等于零的现象。 产生条件:物体具有竖直向下的加速度。即。此时物体对支持物的压力(或物体对悬挂物的拉力)的大小变为零。【思考题】1请分析上页图1图5中,何时为超重情况,何时为失重情况答案:图2、图5为超重,图3、图4为失重2人站在体重计上,下蹲、起立,也能看到超重、失重现象,请分析这个过程中,体重计的示数变化答案:
4、下蹲过程中,体重计示数先减小后增加,最后等于实重;起立过程中,体重计示数先增加后减小,最后等于实重。3一名杂技演员去表演节目,路上要经过一座小桥。小桥只能承受的重量。而杂技演员的体重为,他还带着两个各重的铁球。总重量明显比桥的承受力要高,该怎么办呢?杂技演员灵机一动,想出了一个好办法。他把两个球轮流抛向空中,这样每时刻总有一个球在空中,那么他就可以顺利过桥了。请问如果这样做的话,桥能支撑住吗?答案:在手接球和手抛球的时刻,由于处于超重状态,桥需要提供的支持力会超过,所以桥支撑不住宇宙飞船在太空中飞行时会处于失重状态,有兴趣的同学可以了解一下宇航员在太空中是怎样生活的。*教师版说明:有关宇航员在
5、太空中的生活报道非常多,建议老师自己找些素材。这里简单给出一些作为附录放在本讲最后。* 例题精讲例题说明:例1考察超、失重的概念;例2例6考察超失重的条件及应用;例7、例8结合图像考察超失重,有一定综合性。【例1】 关于超重和失重,下列说法中正确的是A超重就是物体的重力增加了B失重就是物体的重力减小了C完全失重就是物体不受重力作用D不论超重、失重或完全失重,物体所受重力(恒定)是不变的【答案】 D【例2】 某电梯中用细绳悬挂一重物,电梯在竖直方向运动,突然发现绳子断了,由此判断此时电梯的运动情况是A电梯一定是加速上升B电梯可能是减速上升C电梯可能匀速向上运动D电梯的加速度方向一定向上【答案】
6、D【例3】 一质量为的人,站在竖直向上运动着的升降机的地板上,他看见升降机中挂着重物的弹簧秤示数为,如图所示,已知重物质量为,取,则此时人对升降机地板的压力A大于B小于C等于D无法确定【答案】 B【例4】 在升降机里,一个小球系于弹簧下端,如图所示,升降机静止时,弹簧伸长,升降机运动时,弹簧伸长,则升降机运动情况是A以的加速度加速下降B以的加速度减速上升C以的加速度加速上升D以的加速度减速下降【答案】 B【例5】 如图所示,在竖直方向上匀速运动的升降机内,一个有一定质量的物体,被一根伸长的弹簧拉住,静止在升降机地板上。某时刻发现物体突然被弹簧拉向右方。关于该时刻升降机的运动情况,下列判断正确的
7、是A一定是开始加速上升B一定是开始减速上升C可能是开始加速下降D可能是开始减速下降【答案】 C【例6】 某人在地面上最多能举起的重物,当此人站在以的加速度加速上升的升降机中时,最多能举起 的重物。(取)【答案】 40【例7】 某中学物理实验小组利用DIS系统(数字化信息实验室系统),观察超重和失重现象他们在学校电梯房内做实验,在电梯天花板上固定一个力传感器,测量挂钩向下,并在钩上悬挂一个重为的钩码,在电梯运动过程中,计算机显示屏上显示出如图所示图线,根据图线分析可知下列说法中正确的是A从时刻到,钩码处于超重状态,从时刻到,钩码处于失重状态B到时间内,电梯一定正在向下运动,到时间内,电梯可能正在
8、向上运动C到时间内,电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下D到时间内,电梯可能先加速向上,接着匀速向上,再减速向上【答案】 C【例8】 某人在地面上用弹簧秤称得体重为。他将弹簧秤移至电梯内称其体重,至时间段内,弹簧秤的示数如图所示,电梯运行的图可能是(取电梯向上运动的方向为正)【答案】 AD*教师版说明:讲义中没有讲从动力学角度看自由落体运动的问题,如果老师认为有必要,简单说一下即可,讲义不再专门配习题了。*7.2 两类问题交通警察在处理交通事故时,有时会根据汽车在路面上留下的刹车痕迹及汽车轮胎与地面间的动摩擦因数来判断发生事故之前是否超速。其中用到的原理就是牛顿运动定律,下面我们就应用
9、牛顿运动定律来解决动力学的两类常见问题。 知识点睛1应用牛顿运动定律解决的问题主要可分为两类: 已知受力情况求运动情况, 已知运动情况求受力情况。分析解决这两类问题的关键是抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁加速度。动力学第一类基本问题物体的受力情况牛顿第二定律物体的加速度a运动学公式物体的运动情况动力学第二类基本问题基本思路流程图2动力学问题的处理方法: 正确的受力分析对物体进行受力分析,是求解力学问题的关键,也是学好力学的基础。 受力分析的依据 力的产生条件是否存在,是受力分析的重要依据之一。 力的作用效果与物体的运动状态之间有相互制约的关系,结合物体的运动状态分析受力情况是不可忽视的。
10、由牛顿第三定律(力的相互性)出发,分析物体的受力情况,可以化难为易。 例题精讲例题说明:例9例14已知力求运动,其中例9、例10为平面问题,例11为斜面问题,例12、例13为多过程问题,例14与图像结合。例1519已知运动求力,其中例15为平面问题,例16为斜面问题,例17为多过程问题,例18、例19为结合图像问题。例20、例21同时涉及两类问题。【例9】 一静止在水平地面上的物体,质量为,在水平拉力的作用下,从静止开始运动,已知物体与地面间的滑动摩擦因数,求物体末的速度及内的位移。(取)【答案】 【例10】 如图所示,物体在一个斜向上的外力的作用下,向右做匀加速直线运动,已知物体的质量,外力
11、,物体与地面之间的滑动摩擦因数,外力和水平方向的夹角为,求:(,。) 物体的加速度; 如果物体的初速度为零,经过4秒后,物体的位移。【答案】 【例11】 如图所示,斜面固定在地面上,物体,沿斜面向上的推力,物体与斜面间的滑动摩擦因数为,斜面倾角为,物体从斜面底端由静止开始运动,内物体的位移多大(取)【答案】【例12】 为了安全,在公路上行驶的汽车之间必须保持必要的距离,已知某高速公路的最高限速。假设前方车辆突然停止,后车司机从发现这一情况,经操纵刹车,到汽车开始减速所经历的时间(即反应时间)。刹车时汽车受到阻力的大小为汽车重力的倍。该高速公路上汽车间的距离至少应为多少?(取)【答案】【例13】
12、 质量为的物体在一个与粗糙水平面成角斜向上的外力作用下由静止运动,第末物体的速度达到,此时撤去拉力,()求: 撤去拉力前,物体受到的摩擦力。 撤去拉力后,物体继续前行的距离。【答案】 【例14】 如图1所示,质量的物体静止在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数。从时刻起,物体受到一个水平力的作用而开始运动,前内随时间变化的规律如图2所示(设初始向右,且向右为正方向)。取, 求物体在前8s内物体的位移 【答案】【例15】 木块质量为,放在水平地面上,在的水平推力作用下从静止开始做匀加速直线运动,经过,位移为。求木块的加速度和受到的摩擦力。【答案】 【例16】 如图所示,小木块从高、倾角为的固定斜
13、面的顶端,由静止开始沿斜面滑至底端,到达底端时的速度大小为。(取)求小木块与斜面间的滑动摩擦因数。【答案】 【例17】 静止在水平地面上的物体的质量为,在水平恒力的推动下开始运动,末它的速度达到,此时将撤去,物体又经停下来,如果物体与地面的滑动摩擦因数不变,求力的大小。【答案】【例18】 如图为一个物体运动的速度图像,由图可知在 时间内物体所受合外力最大,在 时间内物体所受合外力最小,若物体质量为,在到内物体所受合外力为 。【答案】 ,【例19】 如图(a),质量的物体沿倾角的固定粗糙斜面由静止开始向下运动,风对物体的作用力沿水平方向向右,其大小与风速成正比,比例系数用k表示,物体加速度与风速
14、的关系如图(b)所示。求: 物体与斜面间的动摩擦因数; 比例系数。(,)【答案】 【例20】 如图所示,高度为的粗糙水平面在点处与一倾角为光滑的斜面连接。一滑块从水平面上的点以的速度向右运动。运动到点时小滑块恰能沿光滑斜面下滑。已知间的距离,。求: 小滑块与水平面间的滑动摩擦因数; 小滑块从点运动到点所需的时间。【答案】 【例21】 放在水平地面上的一物块,受到方向不变的水平推力的作用,的大小与时间的关系和物块速度与时间的关系如图所示。取重力加速度。由此两图线可以求得物块的质量和物块与地面之间的动摩擦因数分别为多少【答案】 目标班选讲3:惯性力*教师版说明:惯性力的内容比较复杂,这里只介绍直线
15、、平动的情况(不涉及曲线运动和转动),因此不会涉及法向加速度、科里奥利力等复杂内容。另外,暑假的牛顿定律部分不涉及加速度分解的题目,因此这部分也没有讲加速度分解和二维加速度关联等复杂内容。讲解的目的主要是让学生全面的理解牛顿运动定律,能够在不同参考系中分析问题;同时也是作为 “变换参考系”模块的后续相关内容。*知识点睛1惯性力请大家首先回顾一下第6讲中讲解惯性系时碰到的情景。火车车厢内有一水平的光滑桌面,桌面上有一个小球,如果火车停在水平的铁轨上,小球能够静止在桌面上;现在使火车突然(相对地面)向左加速,加速度为,这时小球将如何运动呢?地面上的观察者认为小球将静止在原地,这是符合牛顿第一定律的
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