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1、4.7 用牛顿运动定律解决问题（二）【教学目标】（一）知识与技能1 .理解共点力作用下物体平衡状态的概念，能推导出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 .通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质.4 .进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤.（二）过程与方法1 .培养学生的分析推理能力和实验观察能力.2 .培养学生处理三力平衡问题时一题多解的能力.3 .引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质.（三）情感态度与价值观1 .渗透“学以致用”的思想，有将物理知识应用于生产和生活实践的意识，勇于探究与日常 生活有关的
2、物理问题.2 .培养学生联系实际、实事求是的科学态度和科学精神.【教学重点】1 .共点力作用下物体的平衡条件及应用.2 .发生超重、失重现象的条件及本质.【教学难点】1 .共点力平衡条件的应用.2 .超重、失重现象的实质.正确分析受力并恰当地运用正交分解法.【教具准备】多媒体教学设备，体重计、装满水的塑料瓶等.【课时安排】1课时【教学过程】新课导入师：上一节课中我们学习了用牛顿运动定律解决问题的两种方法，根据物体的受力情况确定 物体的运动情况和根据物体运动情况求解受力情况.这一节我们继续学习用牛顿运动定律解题.师：我们常见的物体的运动状态有哪些种类？生：我们常见的运动有变速运动和匀速运动，最常
3、见的是物体静止的情况.师：如果物体受力平衡，那么物体的运动情况如何？生：如果物体受力平衡的话，物体将做匀速直线运动或静止，这要看物体的初速度情况.新课教学一、共点力的平衡条件师：那么共点力作用下物体的平衡条件是什么？生：因为物体处于平衡状态时速度保持不变，所以加速度为零，根据牛顿第二定律得：物体 所受合力为零.师：同学们列举生活中物体处于平衡状态的实例.生1：悬挂在天花板上的吊灯，停止在路边的汽车，放在地面上的讲桌以及放在讲桌上的黑 板擦等等.生2：竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间.师：大家讨论一下竖直上抛的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态.学生讨论，回答提问生1：竖直上抛的最高点物体应
4、该处于平衡状态，因为此时物体速度为零.生2：我不同意刚才那位同学的说法，物体处于平衡状态指的是物体受合力为零的状态，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，它的速度立刻 就会发生改变，所以不能认为处于平衡状态.师：刚才的同学分析得非常好，大家一定要区分到底是速度为零还是合外力为零时物体处于 平衡状态，经过讨论分析我们知道应该是合外力为零时物体处于平衡状态.为了加深同学们对这 个问题的理解，我们通过一个例子来进一步探究物体的平衡是怎样进行研究的.多媒体投影课本中的例题、三角形的悬挂结构及其理想化模型师：轻质细绳中的受力特点是什么？生：轻质细绳中的受力特点是两端
5、受力大小相等，内部张力处处相等.师：节点O的受力特点是什么？生：节点O的受力特点是一理想化模型，所受合外力为零.师：我们分析的依据是什么？生：上面的分析借助牛顿第二定律进行，是牛顿第二定律中合力等于零的特殊情况.师：同学们把具体的解答过程写出来.投影学生的解答过程解答：如图471所示，尸1、尸2、尸3三个力的合力为零，表示这三个力在方向的分矢量 之和及y轴方向的分矢量之和也都为零，也就是：LJG图 47 1国Acos 夕=0F sin。 Fs=0由以上两式解出钢索受到的拉力Fisin。 sin。硬杆OB的支持力F2F2=Ficos7= G师：在这个同学解题的过程中，他采用的是什么方法？生：正交
6、分解法：将其中任意一个力沿其余两个力的作用线进行分解，其分力必然与其余两 个力大小相等.师：除了这种方法之外，还有没有其他的方法？生1:可以用力的合成法，任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反.生2：也可以用三角形法，将其中任意两个力进行平移，使三个力首尾依次连接起来，应构 成一闭合三角形.师：总结：处理多个力平衡的方法有很多，其中最常见的就是刚才几位同学分析的这三种方 法，即正交分解法、力的合成法和三角形定则.这几种方法到底采用哪一种方法进行分析就要看 具体的题目，在实际操作的过程中大家可以灵活掌握.课堂训练如图472所示，质量为小的木块在推力厂的作用下，在水平地面上做匀速直线运动.已
7、 知木块与地面间的动摩擦因数为4，F的方向与水平方向成。角斜向下.那么木块受到的滑动摩 擦力为下列各值的哪个图 4-7-2A. umgB. (mg+Fsin。)C. CmgFsin 0 )D.Fcos 0解析：物体受力如图473所示，水平方向有户Acos %故D正确.竖直方向有F2八in 夕+G, 由于匀速运动，f= Fn= sin J+G),故选项B正确.点评：要注意问题的多解性.图 4-7-3答案：BD二、超重和失重学生实验一位同学甲站在体重计上静止，另一位同学说出体重计的示数.注意观察接下来的实验现象.学生活动：观察实验现象，分析原因师：甲突然下蹲时，体重计的示数是否变化？怎样变化？生：
8、体重计的示数发生了变化，示数变小了.师：甲突然站起时，体重计的示数是否变化？怎样变化？生：体重计的示数发生了变化，示数变大.师：当人下蹲和突然站起的过程中人受到的重力并没有发生变化，为什么体重计的示数发生 了变化呢？生：这是因为当人静止在体重计上时，人处于受力平衡状态，重力和体重计对人的支持力相 等，而实际上体重计测量的是人对体重计的压力，在这种静止的情况下，压力的大小是等于重力 的.而当人在体重计上下蹲或突然站起的过程中，运动状态发生了变化，也就是说产生了加速度，此 时人受力不再平衡，压力的大小不再等于重力，所以体重计的示数发生了变化.这位同学分析得非常好，我们把物体对支持物的压力或对悬挂物
9、的拉力叫做物体的视重，当物体运动状态发生变化时，视重就不再等于物体的重力，而是比重力大或小.大家再看这样一个 问题：多媒体投影例题：人站在电梯中，人的质量为九如果当电梯以加速度。加速上升时，人对 地板的压力为多大？学生思考解答生1:选取人作为研究对象，分析人的受力情况：人受到两个力的作用，分别是人的重力和 电梯地板对人的支持力.由于地板对人的支持力与人对地板的压力是一对作用力与反作用力，根 据牛顿第三定律，只要求出地板对人的支持力就可以求出人对地板的压力.生2：取向上为正方向，根据牛顿第二定律写出支持力/、重力G、质量相、加速度。的方程/一G二772。，由此可得：F=G+ma=m (g+a)人
10、对地板的压力 与地板对人的支持力大小相等，即尸=m (g+6z)由于%(g+a) mg,所以当电梯加速上升时，人对地板的压力比人的重力大.师：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体受到的重力的现象称为超重现象. 物体处于超重现象时物体的加速度方向如何呢？生：物体的加速度方向向上.师：当物体的加速度方向向上时，物体的运动状态是怎样的？生：应该是加速上升.师：大家看这样一个问题：投影展示：人以加速度。减速下降，这时人对地板的压力又是多大？学生讨论回答生1：此时人对地板的压力也是大于重力的，压力大小是：F=m (g+a) .生2：加速度向上时物体的运动状态分为两种情况，即加速向上运动或减速向
11、下.师：大家再看这样几个问题：投影展示1人以加速度。加速向下运动，这时人对地板的压力多大？2 .人随电梯以加速度。减速上升，人对地板的压力为多大？3 .人随电梯向下的加速度a=g,这时人对地板的压力又是多大？师：这几种情况物体对地板的压力与物体的重力相比较哪一个大？生：应该是物体的重力大于物体对地板的压力.师：结合超重的定义方法，这一种现象应该称为什么现象？生：应该称为失重现象.当物体对支持物的压力和对悬挂物的拉力小于物体重力的现象称为 失重.师：第三种情况中人对地板的压力大小是多少？生：应该是零.师：我们把这种现象叫做完全失重，完全失重状态下物体的加速度等于重力加速度g.师：发生超重和失重现
12、象时，物体实际受的重力是否发生了变化？生：没有发生变化，只是物体的视重发生了变化.师：为了加深同学们对完全失重的理解，我们看下面一个实验，仔细观察实验现象.课堂演示实验：取一装满水的塑料瓶，在靠近底部的侧面打孔，让其做自由落体运动.生：观察到的现象是水并不从小孔中喷出，原因是水受到的重力完全用来提供水做自由落体运动的加速度了.师：现在大家就可以解释人站在台秤上，突然下蹲和站起时出现的现象了.课堂训练1 .某人站在台秤的底板上，当他向下蹲的过程中A.由于台秤的示数等于人的重力，此人向下蹲的过程中他的重力不变，所以台秤的示数也不B.此人向下蹲的过程中，台秤底板既受到人的重力，又受到人向下蹲的力，所
13、以台秤的示数 将增大C.台秤的示数先增大后减小D.台秤的示数先减小后增大答案：D2 .如图474所示，A为电磁铁，。为胶木秤盘，A和C （包括支架）的总质量为“，B 为铁片，质量为如整个装置用轻绳悬挂于。点.当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻 绳上拉力F的大小为/7A.F=mgC.F= (M+m) g答案：D3 .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8 .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答案：C【课
14、堂小结】本节课是牛顿运动定律的具体应用，分别是两种特殊情况，一种是物体受合力为零时物体处于 平衡状态时的分析，应该注意三力合成与多力合成的方法，注意几种方法的灵活运用，另一种情况 就是物体在竖直方向上做变速运动时超重和失重现象.对于这两种现象，我们应该注意以下几个问 题：物体处于“超重”或“失重”状态，并不是说物体的重力增大了或减小了（甚至消失了），地球 作用于物体的重力始终是存在的且大小也无变化.即使是完全失重现象，物体的重力也没有丝毫变大 或变小.当然，物体所受重力会随高度的增加而减小，但与物体超、失重并没有联系.超（失）重现象 是指物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于（小于）重力的
15、现象.，超重”，失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只决定于物体的加速度方向.课外训练1 .如图475所示，在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体，受到一个伸长的弹 簧的拉力作用，但仍能保持与升降机相对静止现突然发现物体被弹簧拉动，则判定升降机的运 动状态可能是B.加速下降D.减速下降A.加速上升C.减速上升2 .质量为60kg的人站在电梯内的台秤上，电梯从静止开始运动，台秤上的人注意到开始3 s 内台秤示数为528 N,接着8 s内台秤的示数为588 N,最后台秤示数增大到678 N,直到静止时 台秤又恢复到588 N.试问电梯是上升还是下降？升降的总高度是多少？3 .如图476所示，在一个盛水的容器中漂浮着一个物体，这时水面到达物体的某一位置. 如将这个容器放在升降机中，在升降机以加速度。由静止开始向上匀加速直线上升的过程中，物 体浸入水中的深浅如何变化？图 476参考答案1.BC4 .下降 31.5 m3,解答：设漂浮物体的密度为夕，体积为匕 浸入水中的体积为V,，水的密度为。水.当容器处于静止状态时V =-V水当容器以加速度a向上运动时，则有F浮一mg=ma即设此时排开水的体积为V,则有夕水（g+i） V,f P gV- PaV所以丫 二夕 + ）=上匕所以丫 二9 夕水（g +。）水物体浸入深度不变.【布置作业】教材第94页问题与练习.