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1、 4.7 用牛顿运动定律解决问题（二）用牛顿运动定律解决问题（二）一、共点力的平衡条件一、共点力的平衡条件2.2.共点力作用下物体的平衡条件是合力为。共点力作用下物体的平衡条件是合力为。1.1.平衡状态：如果一个物体在力的作用下，保持静止或匀平衡状态：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。速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。3.3.平衡条件的四个推论平衡条件的四个推论（1 1）若物体在两个力同时作用下处于平衡状态，则这）若物体在两个力同时作用下处于平衡状态，则这 两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上，其两个力大小相等、方向相反，且
2、作用在同一直线上，其合力为零，这就是初中学过的二力平衡。合力为零，这就是初中学过的二力平衡。（2 2）物体在三个共点力作用下处于平衡状态，任意两个力）物体在三个共点力作用下处于平衡状态，任意两个力的合力与第三个力等大、反向。的合力与第三个力等大、反向。（3 3）物体在）物体在n n个非平行力同时作用下处于平衡状态时，个非平行力同时作用下处于平衡状态时，n n个个力必定共面共点，合力为零，称为力必定共面共点，合力为零，称为n n个共点力的平衡，其中个共点力的平衡，其中任意任意(n-1)(n-1)个力的合力必定与第个力的合力必定与第n n个力等大、反向，作用在个力等大、反向，作用在同一直线上。同一
3、直线上。（4 4）当物体处于平衡状态时，沿任意方向物体的合力均为）当物体处于平衡状态时，沿任意方向物体的合力均为零。零。用弹簧秤测物体的重力时应用弹簧秤测物体的重力时应使物体处于什么状态？使物体处于什么状态？物体处于平衡状态物体处于平衡状态弹簧秤的示数是哪个力的？弹簧秤的示数是哪个力的？物体拉弹簧的力的示数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：根据平衡条件和牛顿第三定律知道：弹簧秤的示数弹簧秤的示数物体重力的大小物体重力的大小.用弹簧秤测物体的重力时，突然、减速运动，弹簧秤的示数如何变化？v物体的受力情况FGav物体向上加速时：物体向上加速时：根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：
4、FGmaF ma G G物体所受的拉力物体所受的拉力F与物体对弹簧与物体对弹簧秤的秤的拉拉力力F（弹簧秤的示数）弹簧秤的示数）大大于于物体的重力。物体的重力。超重和失重超重和失重物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受到的重力的情况称为超重超重现象。一个质量为一个质量为70Kg的人乘电梯下楼。的人乘电梯下楼。快到此人要去的楼层时，电梯以快到此人要去的楼层时，电梯以3m/s2的加速度的加速度匀减速下降匀减速下降，求这时，求这时他对电梯地板的压力。（他对电梯地板的压力。（g=10m/s2）vaFmgmaFmg解解人向下做匀减速直线运动，加人向下做匀减速直线运动，加速度方向向上。速度方向向上
5、。根据牛顿第二定律得：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。方向竖直向下。实验和例题可以看出产生超重现象的条件物体存在物体存在向上向上的加速度的加速度两种情况：加速上升减速下降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倍倍，超重使人不适，起初会感到头晕、呕吐，超重达到3倍倍重力时既感到呼吸困难；超重达到4倍倍重力时，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FGav物体向上
6、减速时：物体向上减速时：根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：G F maF G ma G物体所受的拉力物体所受的拉力F与物体对弹与物体对弹簧簧秤秤的压力的压力F（弹簧秤的示数）（弹簧秤的示数）小于小于物体的重力物体的重力用弹簧秤用弹簧秤匀速匀速拉物体时，突然拉物体时，突然向上减速向上减速运动，运动，弹簧秤的示数如何变化？弹簧秤的示数如何变化？超重和失重超重和失重物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受到的重力的情况称为失重失重现象。 在升降机中测人的体重，已知人在升降机中测人的体重，已知人的质量为的质量为4040kgkg若升降机以若升降机以2.52.5m/sm/s2 2的加速度的加速度
7、匀加速匀加速下降下降，台秤的示数是多少？，台秤的示数是多少？若升降机若升降机自由下落自由下落，台秤的示数又，台秤的示数又是多少？是多少？解解： 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=0NvaFmg超重和失重超重和失重物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 等于0的情况称为完全失重完全失重现象。实验和例题可以看出产生现象的条件物体存在物体存在向下向下的加速度的加速度两种情况：加速下降减速上升实验和例题可以看出产生现象的条件物体的物体的
8、的加速的加速度等于度等于g两种情况：0在航天飞机中所有和重力有关的仪器都无法使用！在航天飞机中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弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量体的重力，但仍能测量拉力或压力的大小。拉力或压力的大小。无法用天平测量物体的质量无法用天平测量物体的质量完全失重带来的弊端完全失重带来的弊端完全失重带来的利完全失重带来的利液体呈绝对球形液体呈绝对球形制造理想的制造理想的滚珠轴承滚珠轴承建建设设中中的的国国际际空空间间站站国际空间站的首批乘员国际空间站的首批乘员 在太空失重的条件下在太空失重的条件下, ,会生产出地面上难以生会生产出地面上难以生产的一系列产品产的
9、一系列产品, ,建立空建立空间工厂已经不再是幻想间工厂已经不再是幻想. . 同学们也可以提出自同学们也可以提出自己的太空实验设想己的太空实验设想, ,展开展开你想像的翅膀你想像的翅膀, ,为宇宙开为宇宙开发贡献一份力量吧发贡献一份力量吧! !归类：下面所示的运动情况中，对物体归类：下面所示的运动情况中，对物体m来说，哪几种发生来说，哪几种发生超重现象？哪几种发生失重现象？超重现象？哪几种发生失重现象？mvamvamvamav甲乙丙丁G-F=maF-G=maG-F=maF-G=maGFGFGFGF、物体具有竖、物体具有竖直向上的加速度，直向上的加速度，即处于超重状态；即处于超重状态；、物体具有竖
10、直、物体具有竖直向下的加速度，即向下的加速度，即处于失重状态。处于失重状态。与运动的方向与运动的方向无关。无关。失重失重超重超重减速上升加速上升加速下降减速下降超重超重失重失重a方向向上方向向上加速上升加速上升减速下降减速下降超重超重a方向向下方向向下加速加速下降下降 减速减速上升上升失重失重超重和失重超重和失重1.下列四个实验中，不能在绕地球飞行的太空实下列四个实验中，不能在绕地球飞行的太空实验舱中完成的是验舱中完成的是( )A.用弹簧秤测物体的重力用弹簧秤测物体的重力B.用天平测物体的质量用天平测物体的质量C.用温度计测舱内的温度用温度计测舱内的温度D.用水银气压计测舱内气体的压强用水银气
11、压计测舱内气体的压强ABD2.2.在体重计上做在体重计上做下蹲下蹲的过程中，体重计的示数怎样的过程中，体重计的示数怎样变化？变化？过程分析：过程分析： 由静止开始向下运动，速度增加，具由静止开始向下运动，速度增加，具有向下的加速度（失重）；蹲下后最终速度有向下的加速度（失重）；蹲下后最终速度变为零，故还有一个向下减速的过程，加速变为零，故还有一个向下减速的过程，加速度向上（超重）。度向上（超重）。如果人下蹲后又突然站起，情况又会怎样？如果人下蹲后又突然站起，情况又会怎样？瓶中的水会流出吗?超重和失重的本质物体对支持物的压力压力和对悬挂物的拉力拉力发生变化变化(1)(1)超重和失重是一种物理现象
12、。超重和失重是一种物理现象。 (2)(2)物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力不变。是失重状态，重力不变。 (3)(3)规律：规律： 物体具有竖直向上的加速度时为物体具有竖直向上的加速度时为超重状态超重状态物体具有竖直向下的加速度时为物体具有竖直向下的加速度时为失重状态失重状态超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关4.4.超重与失重知识总结：超重与失重知识总结：三、从动力学看自由落体运动三、从动力学看自由落体运动1.1.对自由落体运动的理解对自由落体运动的理解(1)(1)自由落
13、体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，即物体的初速度为零。的运动，即物体的初速度为零。(2)(2)由于物体在做自由落体运动时所受重力是一个恒力，由于物体在做自由落体运动时所受重力是一个恒力，由牛顿第二定律可知，物体下落的加速度也是恒定加速度，由牛顿第二定律可知，物体下落的加速度也是恒定加速度，从这个角度看，自由落体运动是匀变速直线运动。从这个角度看，自由落体运动是匀变速直线运动。(3)(3)从牛顿第二定律从牛顿第二定律F=maF=ma可知，物体所受重力产生下落的可知，物体所受重力产生下落的加速度，加速度，mg=mamg=ma，所以，所以a
14、=ga=g。2.2.对竖直上抛运动的理解对竖直上抛运动的理解竖直上抛运动的处理方法一般有两种：竖直上抛运动的处理方法一般有两种：全程法全程法将竖直上抛运动视为竖直向上的加速度为将竖直上抛运动视为竖直向上的加速度为g g的匀减速直线运的匀减速直线运动。动。分阶段法分阶段法 将全程分为两个阶段，即上升过程的匀将全程分为两个阶段，即上升过程的匀减速阶段和下落过程的自由落体阶段。减速阶段和下落过程的自由落体阶段。竖直上抛运动的对称性，如图所示，物体以竖直上抛运动的对称性，如图所示，物体以初速度初速度v v0 0竖直上抛，竖直上抛，A.BA.B为途中的任意两点，为途中的任意两点，C C为最高点，则为最高
15、点，则时间对称性时间对称性物体上升过程中从物体上升过程中从ACAC所用时间所用时间t tACAC和下降过程中从和下降过程中从CACA所所用时间用时间t tCACA相等，同理相等，同理t tABAB= =t tBABA。速度对称性速度对称性物体上升过程经过物体上升过程经过A A点的速度与下降过程经过点的速度与下降过程经过A A点的速度大点的速度大小相等。小相等。 一一. .共点力的平衡条件：物体所受合力为共点力的平衡条件：物体所受合力为0 0。二二. .超重和失重：超重和失重：物体具有竖直向上的加速度时为超重状态。物体具有竖直向上的加速度时为超重状态。物体具有竖直向下的加速度时为失重状态物体具有
16、竖直向下的加速度时为失重状态 超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关三三.从动力学看自由落体运动从动力学看自由落体运动1.1.能运用牛顿运动定律解答较复杂的问题。能运用牛顿运动定律解答较复杂的问题。2.2.知道什么是物体处于平衡状态。知道在共点力作用下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，即合力为物体的平衡条件，即合力为0 0。 3.3.知道物理学中超重和失重现象的含义，能通过牛顿运知道物理学中超重和失重现象的含义，能通过牛顿运动定律对它们进行定量的分析，并能分析和说明一些简动定律对它们进行定量的分析，并能分析和说明一些简单的相关问题。单的相关问题。4.4.能解答以自由落体运动为基础的竖直方向上的运动学能解答以自由落体运动为基础的竖直方向上的运动学问题（竖直上抛、竖直下抛等）。问题（竖直上抛、竖直下抛等）。