还剩52页未读，
继续阅读
人教版 (新课标)必修17 用牛顿定律解决问题（二）教案配套课件ppt
展开
这是一份人教版 (新课标)必修17 用牛顿定律解决问题（二）教案配套课件ppt，共60页。
1.我们常见的物体的运动状态有哪些种类？提示：我们常见的运动有直线运动和曲线运动，直线运动又分为变速直线运动和匀速直线运动，最常见的是物体处于静止状态.
2.如果物体受力平衡，那么物体的运动情况如何？提示：如果物体处于平衡状态，物体将做匀速直线运动或静止，这要视物体的初速度情况而定.
3.探究分析共点力作用时二力平衡,三力平衡,n个力平衡的平衡条件？提示：(1)物体受两个力作用而平衡时，这两个力等大反向；(2)物体受三个力作用而平衡时，任意两个力的合力与第三个力等大反向；(3)物体受到n个共点力作用而平衡时,其中任意(n-1)个力的合力必与第n个力等大反向.
4.在老师的指导下分析、解答教材P88例题1，试总结应用共点力作用下的平衡条件解决问题的步骤？提示：(1)根据问题的要求和计算方便，恰当地选择研究对象.所谓“恰当”，就是要使题目中给定的已知条件和待求的未知量，能够通过这个研究对象的平衡条件尽量联系起来.(2)对研究对象进行受力分析，画出受力分析示意图.(3)通过“平衡条件”，找出各个力之间的关系，把已知量和未知量联系起来.(4)列方程求解，必要时对解进行讨论.
共点力平衡条件的应用(1)用正交分解法分析物体的平衡问题.①分析物体的受力情况，画出受力示意图.②建立直角坐标系，坐标系的原点建立在力的交点上，并且使尽量多的力与坐标轴重合.③分别沿x、y轴方向列出平衡方程，即Fx=0，Fy=0，解平衡方程.
(2)多种方法处理三力平衡问题①合成与分解法：即把其中的两个力合成为一个力，则第三个力与该力必等大反向，或者把其中一个力沿另外两个力的方向分解，从而转化为两个二力平衡问题.②相似法：三力平衡时若三力不共线，则可首尾相连组成一个封闭的力三角形，若与某一几何三角形相似，就可以借助比例由几何关系分析或计算力.
共点力的平衡条件1.平衡状态.2.平衡条件.例题1解：对O点进行受力分析，如图所示根据共点力平衡条件可列方程：F2-F1csθ=0 F1sinθ-F3=0解得：
典例1 如图所示，斜面的倾角为37°，其上放一物体，拉力F的方向平行于斜面向上，当F1=25 N时，物体能够沿着斜面匀速向上滑动，当F2=20 N时，物体沿着斜面匀速向下滑动，求物体与斜面间的动摩擦因数.
解答本题时要把握以下三点：(1)物体沿斜面向上或向下滑动时，明确摩擦力的方向.(2)可沿斜面和垂直于斜面方向建立坐标系.(3)列出x、y方向的平衡方程.
【规范解答】当物体沿着斜面向上滑动时当物体沿着斜面向下滑动时代入数据，解得 .
【变式备选】如图所示，用一个三角支架悬挂重物，已知AB杆所受的最大压力为2 000 N，AC绳所受的最大拉力为1 000 N，α＝30°，为不使支架断裂，求悬挂物的重力应满足的条件？ 【解析】悬绳A点受到竖直向下的拉力F＝G，这个拉力将压紧水平杆AB并拉引绳索AC，所以应把拉力F沿AB、CA两方向分解，设两分力为F1、F2，画出的平行四边形如图所示.
由图可知： ， ，即 因为AB、AC能承受的最大作用力之比为当悬挂物重力增加时，对AC绳的拉力将先达到最大值，所以,为不使三角支架断裂，计算中应以AC绳中拉力达最大值为依据，即取F2=F2m=1 000 N，于是得悬挂物的重力应满足的条件为Gm≤F2sin30°＝500 N答案：小于等于500 N
1.在家用测体重的台秤上做超重与失重的实验.先站着不动，读出台秤的示数；接着突然下蹲，观察开始下蹲时台秤的示数变化；再观察下蹲结束时台秤的示数变化.由于整个过程时间很短，要仔细观察并多做几次，并说明为什么会出现这种情况.秤的示数变化是因为你的重力发生变化了吗？
提示：经过观察我们会发现，在开始下蹲时，台秤的示数会突然变小；而在下蹲将要结束前，台秤的示数又会突然变大.台秤的示数变小或变大，并不是因为我们自己的重力发生变化，而是由于我们在下蹲过程中具有向上或向下的加速度，使人对台秤的压力大于或小于自己的重力.
2.我们常听说宇航员在太空中处于完全失重状态，是说宇航员在太空中不受重力的作用吗？提示：宇航员在太空中处于完全失重状态，是指他不会对与他接触的物体产生正压力的作用，但是他仍然受重力的作用，并且重力就是他受到的合外力.
3.试讨论回答：发生超重时物体的重力变化了吗？发生超重时物体可能怎样运动？列出超重时支持力(或拉力)大小的表达式.提示：(1)当物体具有向上的加速度时，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体本身重力的现象称为超重，物体的重力并没有发生变化.(2)发生超重时物体可能有两种运动情形：①系统向上做加速运动；②系统向下做减速运动.这两种情况中，加速度的方向均向上.(3)根据牛顿第二定律，发生超重时：物体所受支持力(或拉力)F=mg+ma.
4.试讨论回答：发生失重时物体的重力减小了吗？发生失重时物体可能怎样运动？列出失重时支持力(或拉力)大小的表达式.提示：(1)当物体具有向下的加速度时，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体本身重力的现象称为失重.物体的重力并没有减小.(2) 物体可能有两种运动情形：①系统向上做减速运动；②系统向下做加速运动.这两种情况中，加速度的方向均向下.(3)根据牛顿第二定律，发生失重时，物体所受支持力(或拉力)F=mg-ma.
处理超重和失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度.(1)确定研究对象；(2)把研究对象从物体系中隔离出来，对其进行受力分析，并画出受力示意图；
(3)选取正方向，分析物体的运动情况，明确加速度的方向；(4)根据牛顿运动定律和运动学公式列方程；(5)解方程，求出所需要的结果.
【知识归纳】
典例2 (2011·石家庄高一检测)某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象.他们在电梯内做实验.在电梯的地板上放置一个压力传感器.在传感器上放一个重为20 N的物块.实验中计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系图象.根据图象分析得出的结论中正确的是( )A.从时刻t1到t2物块处于失重状态B.从时刻t3到t4物块处于失重状态
C.电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层D.电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层解决此题需要把握以下三点：(1)判断超、失重现象关键是看加速度方向,而不是运动方向.(2)处于超重状态时，物体可能做向上加速或向下减速运动. (3)处于失重状态时，物体可能做向下加速或向上减速运动.
【规范解答】选B、C.从F-t图象可以看出0～t1，F=mg，电梯可能处于静止状态或匀速运动状态；t1～t2 ，F>mg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上运动或减速向下运动；t2～t3 ，F=mg，可能静止或匀速运动；t3～t4 ，F
【解析】升降机匀加速下降时，根据牛顿第二定律m1g-F=m1a1，解得：F=m1(g-a1)=75×(10-2) N=600 N，此人在地面上最多可举起 kg=60 kg的物体.升降机匀加速上升时F-m2g=m2a2，解得答案：60 kg 2 m/s2
1．我们前面学习了自由落体运动，知道它是加速度大小和方向都不变的运动，请根据牛顿第二定律说明为什么加速度不变呢？提示：做自由落体运动的物体只受重力，根据牛顿第二定律，F=mg=ma，所以a=g，因此加速度的大小和方向都不变.
2.对于做竖直上抛运动的物体，上升阶段物体做减速运动，下降阶段做加速运动，那么两个阶段加速度相同吗？提示：相同.尽管两个阶段一个是减速过程，一个是加速过程，但两个阶段的加速度都是重力加速度，大小和方向都相同.
竖直上抛运动的处理方法(1)分段法：上升过程是a=g的匀减速直线运动，下落阶段是自由落体运动.(2)整体法：将全过程看做是初速度为v0，加速度是-g的匀变速直线运动，但必须注意方程的矢量性.习惯上取v0的方向为正方向，则v＞0时正在上升，v＜0时正在下降；h为正时物体在抛出点的上方，h为负时物体在抛出点的下方.
典例3 跳起摸高是现今学生常进行的一项活动，小明同学身高1.8 m，质量65 kg，站立举手达到2.2 m高，他用力蹬地，经0.45 s竖直离地跳起，设他蹬地的力大小恒为1 060 N，则他跳起可摸到的高度为多少?(g取10 m/s2，结果保留一位有效数字)
解答本题时要把握以下三点：(1)此题属于已知受力求运动情况的题型.(2)解题关键是把生活实际现象转变成物理过程.(3)进行受力分析由牛顿第二定律求出加速度a.
【规范解答】人要起跳，先是重心下降，用脚蹬地后重心上升．在蹬地过程中人受到的力为重力和地面给人的支持力(大小等于人蹬地的力)．由牛顿运动定律得：F-mg＝ma，得加速度a=6.3 m/s2.由v＝at=6.3×0.45 m/s＝2.8 m/s．即为人离开地时的初速度．离地后人做竖直上抛运动，其重心上升高度故其跳起可摸到的高度H＝2.2 m+0.4 m＝2.6 m．答案：2.6 m
【变式备选】竖直上抛一物体，该物体在落回抛出点之前0.2 s时，所处位置比抛出点高1.4 m.求：(1)物体上升的最大高度；(2)落回抛出点时的速度大小.【解析】设物体上升的最大高度为h，从最高点到抛出点所用时间为t，由于落回原位置的高度所用的时间跟上抛时间完全相同，此题完全可以按自由落体运动来考虑.
对下降到抛出位置的过程，有 ①对下降至比抛出点高1.4 m位置的过程有 ② 联立①②两式有h=3.2 m，t=0.8 s，落回抛出点时速度v=gt=8 m/s.答案：(1)3.2 m (2)8 m/s
典例4 美国密执安大学5名学习航空航天技术的大学生搭乘NASA的飞艇参加了“微重力学生飞行计划”.飞行员将飞艇开到6 000 m的高空后，让其由静止下落，以模拟一种微重力的环境.下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的0.04倍.这样，可以获得持续约25 s之久的失重力影响的实验.紧接着，飞艇又做匀减速运动.若飞艇离地面的高度不得低于500 m，重力加速度g取10 m/s2，试求：
(1)飞艇在25 s内下落的高度；(2)在飞艇后来的减速过程中，大学生们对座位的压力是重力的多少倍？ 【思路点拨】解答本题时要把握以下三点：(1)要分清各个过程对应的已知量.(2)要能结合超重、失重分析受力.(3)要能熟练使用运动学公式.
【规范解答】(1)对飞艇进行受力分析，由牛顿第二定律可得： mg－Ff＝ma1由运动学规律所以在25 s内飞艇下落的高度为 H=3 000 m(2)减速过程中，飞艇要下降h=H0－H-500 m=2 500 m后速度减为零.
减速阶段的初速度为 v=a1t=240 m/s由运动学规律h=v2/2a2，得对人进行受力分析,由牛顿第二定律得FN－mg=ma2由以上各式得FN=2.2mg由牛顿第三定律得，人对座椅的压力为其重力的2.2倍.答案：(1)3 000 m (2)2.2倍
1．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是( )A．物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态B．物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态C．物体所受合力为零，就一定处于平衡状态D．物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态
【解析】选C.处于平衡状态的物体，从运动形式上来看是处于静止或匀速直线运动状态，从受力上来看，物体所受合力为零．某一时刻速度为零的物体，受力不一定为零，故不一定处于平衡状态，A错；物体相对于另一物体静止时，该物体不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此物体处于非平衡状态，故B错；C选项符合平衡条件，为正确选项；物体做匀加速运动，所受合力不为零，故不是平衡状态，D错．
2.下面关于超重与失重的判断正确的是( )A.物体做变速运动时，必处于超重或失重状态B.物体向下运动时，必处于失重状态C.做竖直上抛运动的物体，处于完全失重状态D.物体斜向上做匀减速运动，处于失重状态
【解析】选C、D.判断物体是否处于超重或失重状态，就是看物体有没有竖直方向上的加速度.若物体的加速度向下，则处于失重状态.若物体的加速度向上，则处于超重状态.A、B两项均未指明加速度方向，无法判定是否发生超重和失重现象.D项物体的加速度斜向下，有竖直向下的分量，故处于失重状态，C项中a=g，且加速度方向向下，故处于完全失重状态.
3.(2011·连云港高一检测)关于超重和失重，下列说法正确的是( )A.物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了B.物体处于失重状态时，是指物体的“视重”减小了C.物体在完全失重的条件下，对支持它的支承面压力为零D.物体处于完全失重时，地球对它的引力消失了
【解析】选B、C.(1)所谓“超重”和“失重”，并非是指物体在同一位置的重力变大或变小，而是物体的“视重”变大或变小了，所谓“视重”是指人由弹簧测力计等量具上看到的读数，实际上物体所受的万有引力、重力并未改变.(2)“完全失重”是一种视重等于零的现象，物体处于完全失重时，对水平支承面的压力或对竖直悬绳的拉力等于零.(3)物体处于超重状态时，“视重”大于实重(即物体的重力)；处于失重状态时，“视重”小于实重，处于完全失重状态时，“视重”等于零.
4.气球以10 m/s的速度匀速竖直上升，从气球上掉下一个物体，经17 s到达地面.求物体刚脱离气球时气球的高度.(g取10 m/s2)【解析】可将物体的运动过程视为匀变速直线运动.根据题意画出运动草图如图所示.规定向下方向为正，则v0=-10 m/s，g=10 m/s2，据 ，有
h=(-10×17+ ×10×172) m=1 275 m所以物体刚脱离气球时离地1 275 m.答案：1 275 m
5．(2011·日照高一检测)如图所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为θ.质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，求地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少？
【解析】选取A和B整体为研究对象，它受到重力(M+m)g，地面支持力FN，墙壁的弹力F和地面的静摩擦力Ff的作用(如图甲所示)而处于平衡状态.根据平衡条件有：FN =(M+m)g,F=Ff
再以B为研究对象，它受到重力mg，三棱柱对它的支持力FB，墙壁对它的弹力F的作用(如图乙所示)而处于平衡状态，根据平衡条件有：FBcsθ=mg ,FBsinθ=F 解得 F=mgtanθ ,所以Ff=F=mgtanθ 答案：(M+m)g mgtanθ
一、选择题(本题共6小题，每小题5分，共30 分)1．很多摩天大楼的楼顶可以起降直升飞机，下列说法正确的是( )A．直升飞机降落静止后，大楼受到的合力要变大B．直升飞机起飞时，大楼受到直升飞机的压力最大C．直升飞机停在楼顶时，大楼受到直升飞机的压力最大D．直升飞机降落时，大楼受到直升飞机的压力最大
【解析】选C.大楼始终处于静止状态，受到的合力为零，A项错误．直升飞机起飞、降落时，直升飞机受到空气向上的力，对大楼的压力小于自身的重力；而直升飞机停在楼顶时，对大楼的压力等于自身的重力．B、D项错误，C项正确．
2.一杂技演员，用一只手抛球、接球．他每隔0.40 s抛出一球，接到球便立即把球抛出．已知除正在抛、接球的时刻外，空中总有4个球．将球的运动近似看做是竖直方向的运动，球到达的最大高度是(高度从抛球点算起，取g=10 m/s2)( )A．1.6 m B.2.4 m C.3.2 m D.4.0 m
【解析】选C. 空中总有4个球，每两个相邻的球间的时间间隔为0.40 s，则每个球的往返时间为1.60 s，即上升阶段时间为0.80 s，根据竖直上抛运动规律可知，上升和下落时间对称，故球达到的最大高度为： ．选C.
3．(2011·西安高一检测)如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔．静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述运动中始终保持平动，且忽略空气阻力，则( )
A．容器自由下落时，小孔向下漏水B．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水C．将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水D．将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水【解析】选D.将容器抛出后，容器和容器中的水处于完全失重状态，液面下任何一点的压强都等于0，小孔不会向下漏水．
4.如图所示，在俄罗斯首都莫斯科加加林阿特拉斯宇航中心，中国游客登上俄罗斯IL-76-MDK飞机，在飞机机舱内完全失重的状态下体验空中飞人的乐趣.在不考虑空气阻力的情况下，下列说法正确的是( )A.飞机一定做自由落体运动B.飞机的加速度一定为g，且方向一定竖直向下C.飞机有可能处于平衡状态D.人相对于飞机静止，处于平衡状态
【解析】选B.飞机处于完全失重状态，只受重力，加速度为重力加速度，B对.物体只受重力的运动，不一定是自由落体运动，A错.飞机和人受重力，合力不为零，不处于平衡状态，C、D错.
5． (2011·佛山高一检测)下列关于姚明起跳扣篮时蹬地和离开地面上升两过程的说法中正确的是(设蹬地的力为恒力)( )A．两个过程姚明都处于超重状态B．两个过程姚明都处于失重状态C．离开地面上升的姚明处于完全失重状态D．前者为超重，后者不超重也不失重【解析】选C.姚明起跳蹬地过程，加速度方向竖直向上是超重状态；离开地面上升过程，姚明只受重力作用处于完全失重状态，故选项C正确，A、B、D错误.
6.(2010·海南高考)如图，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块，木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上．若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为( )A．加速下降 B．加速上升C．减速上升 D．减速下降
【解析】选B、D.木箱静止时物块对箱顶有压力，则物块受到箱顶向下的压力，当物块对箱顶刚好无压力时，合外力的方向向上，表明系统有向上的加速度，是超重，可能是加速上升，也可能是减速下降，B、D正确.
二、非选择题(本题共2小题，共20分，要有必要的文字叙述)7．(8分)有一小甲虫，在半径为r的半球碗中向上爬，设虫足与碗壁间的动摩擦因数为μ=0.75.试问它能爬到的最高点离碗底多高？
【解析】如图所示，Ff＝μmgcsθ ①由受力平衡知Ff＝mgsinθ ②由①②式解得θ＝37°所以小甲虫离碗底的高度为h＝r－rcs37°＝0.2r.答案：0.2r
8．(12分)一位同学的家住在一座25层的高楼内，他每天乘电梯上楼，随着所学物理知识的增多，有一天他突然想到，能否用所学物理知识较为准确地测出这座楼的高度呢？在以后的一段时间内他进行了多次实验测量，经过仔细观察和反复测量，他发现电梯启动后的运动速度符合如图所示的规律，他就根据这一特点在电梯内用台秤、重物和停表测量这座楼的高度．他将台秤放在电梯内，将重物放在台秤的托盘上，电梯从第一层开始启动，经过不间断地运行，最后停在最高
层．在整个过程中，他记录了台秤在不同时间段内的示数，记录的数据如表所示．但由于0～3.0 s 段的时间太短，他没有来得及将台秤的示数记录下来，假设在每个时间段内台秤的示数都是稳定的，重力加速度g取10 m/s2.
(1)电梯在0～3.0 s时间段内台秤的示数应该是多少？(2)根据测量的数据计算该楼每一层的平均高度．
【解析】(1)电梯启动前，台秤示数为5.0 kg，则物体重力G＝mg＝50 N由于表中各段时间内台秤的示数恒定，所以在时间t1(0～3.0 s)内，物体做匀加速运动，在时间t2(3.0 s～13.0 s)内物体做匀速直线运动，在时间t3(13.0 s～19.0 s)内物体做匀减速直线运动.19.0 s末速度减为零．在13.0 s～19.0 s内，物体所受的支持力FN3＝46 N，根据牛顿第二定律
得在时间t3内物体的加速度13．0 s末物体的速度v2＝a3t3＝4.8 m/s.而由于电梯在13.0 s末的速度与3.0 s末的速度相同．因此根据匀变速运动规律，物体在0～3.0 s内的加速度根据牛顿第二定律解得： ＝58 N，即台秤的示数为5.8 kg
(2)0～3.0 s内物体的位移3．0 s～13.0 s内物体的位移x2＝v2t2＝48 m13．0 s～19.0 s内物体的位移则电梯上升的总高度(实际为24层的总高度)为x＝x1＋x2＋x3＝69.6 m平均每层楼高 .答案：(1)5.8 kg (2)2.9 m
【规律方法】超重与失重的理解及应用(1)超重和失重不是重力本身变了，而是物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持面的压力的变化，若弹力大于重力是超重，反之是失重.(2)由牛顿第二定律可以知道，加速度方向是超、失重判断的关键，若加速度方向向上(包括斜向上)，物体处于超重状态；若加速度方向向下(包括斜向下)，物体处于失重状态.
(3)利用超、失重现象可以依据加速度方向定性地分析弹力的情况，以避免直接列式计算的繁琐.(4)对于定量计算问题，要分析物体的受力情况，明确加速度的方向，根据牛顿第二定律列出方程，解出结果并进行讨论.
1.我们常见的物体的运动状态有哪些种类？提示：我们常见的运动有直线运动和曲线运动，直线运动又分为变速直线运动和匀速直线运动，最常见的是物体处于静止状态.
2.如果物体受力平衡，那么物体的运动情况如何？提示：如果物体处于平衡状态，物体将做匀速直线运动或静止，这要视物体的初速度情况而定.
3.探究分析共点力作用时二力平衡,三力平衡,n个力平衡的平衡条件？提示：(1)物体受两个力作用而平衡时，这两个力等大反向；(2)物体受三个力作用而平衡时，任意两个力的合力与第三个力等大反向；(3)物体受到n个共点力作用而平衡时,其中任意(n-1)个力的合力必与第n个力等大反向.
4.在老师的指导下分析、解答教材P88例题1，试总结应用共点力作用下的平衡条件解决问题的步骤？提示：(1)根据问题的要求和计算方便，恰当地选择研究对象.所谓“恰当”，就是要使题目中给定的已知条件和待求的未知量，能够通过这个研究对象的平衡条件尽量联系起来.(2)对研究对象进行受力分析，画出受力分析示意图.(3)通过“平衡条件”，找出各个力之间的关系，把已知量和未知量联系起来.(4)列方程求解，必要时对解进行讨论.
共点力平衡条件的应用(1)用正交分解法分析物体的平衡问题.①分析物体的受力情况，画出受力示意图.②建立直角坐标系，坐标系的原点建立在力的交点上，并且使尽量多的力与坐标轴重合.③分别沿x、y轴方向列出平衡方程，即Fx=0，Fy=0，解平衡方程.
(2)多种方法处理三力平衡问题①合成与分解法：即把其中的两个力合成为一个力，则第三个力与该力必等大反向，或者把其中一个力沿另外两个力的方向分解，从而转化为两个二力平衡问题.②相似法：三力平衡时若三力不共线，则可首尾相连组成一个封闭的力三角形，若与某一几何三角形相似，就可以借助比例由几何关系分析或计算力.
共点力的平衡条件1.平衡状态.2.平衡条件.例题1解：对O点进行受力分析，如图所示根据共点力平衡条件可列方程：F2-F1csθ=0 F1sinθ-F3=0解得：
典例1 如图所示，斜面的倾角为37°，其上放一物体，拉力F的方向平行于斜面向上，当F1=25 N时，物体能够沿着斜面匀速向上滑动，当F2=20 N时，物体沿着斜面匀速向下滑动，求物体与斜面间的动摩擦因数.
解答本题时要把握以下三点：(1)物体沿斜面向上或向下滑动时，明确摩擦力的方向.(2)可沿斜面和垂直于斜面方向建立坐标系.(3)列出x、y方向的平衡方程.
【规范解答】当物体沿着斜面向上滑动时当物体沿着斜面向下滑动时代入数据，解得 .
【变式备选】如图所示，用一个三角支架悬挂重物，已知AB杆所受的最大压力为2 000 N，AC绳所受的最大拉力为1 000 N，α＝30°，为不使支架断裂，求悬挂物的重力应满足的条件？ 【解析】悬绳A点受到竖直向下的拉力F＝G，这个拉力将压紧水平杆AB并拉引绳索AC，所以应把拉力F沿AB、CA两方向分解，设两分力为F1、F2，画出的平行四边形如图所示.
由图可知： ， ，即 因为AB、AC能承受的最大作用力之比为当悬挂物重力增加时，对AC绳的拉力将先达到最大值，所以,为不使三角支架断裂，计算中应以AC绳中拉力达最大值为依据，即取F2=F2m=1 000 N，于是得悬挂物的重力应满足的条件为Gm≤F2sin30°＝500 N答案：小于等于500 N
1.在家用测体重的台秤上做超重与失重的实验.先站着不动，读出台秤的示数；接着突然下蹲，观察开始下蹲时台秤的示数变化；再观察下蹲结束时台秤的示数变化.由于整个过程时间很短，要仔细观察并多做几次，并说明为什么会出现这种情况.秤的示数变化是因为你的重力发生变化了吗？
提示：经过观察我们会发现，在开始下蹲时，台秤的示数会突然变小；而在下蹲将要结束前，台秤的示数又会突然变大.台秤的示数变小或变大，并不是因为我们自己的重力发生变化，而是由于我们在下蹲过程中具有向上或向下的加速度，使人对台秤的压力大于或小于自己的重力.
2.我们常听说宇航员在太空中处于完全失重状态，是说宇航员在太空中不受重力的作用吗？提示：宇航员在太空中处于完全失重状态，是指他不会对与他接触的物体产生正压力的作用，但是他仍然受重力的作用，并且重力就是他受到的合外力.
3.试讨论回答：发生超重时物体的重力变化了吗？发生超重时物体可能怎样运动？列出超重时支持力(或拉力)大小的表达式.提示：(1)当物体具有向上的加速度时，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体本身重力的现象称为超重，物体的重力并没有发生变化.(2)发生超重时物体可能有两种运动情形：①系统向上做加速运动；②系统向下做减速运动.这两种情况中，加速度的方向均向上.(3)根据牛顿第二定律，发生超重时：物体所受支持力(或拉力)F=mg+ma.
4.试讨论回答：发生失重时物体的重力减小了吗？发生失重时物体可能怎样运动？列出失重时支持力(或拉力)大小的表达式.提示：(1)当物体具有向下的加速度时，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体本身重力的现象称为失重.物体的重力并没有减小.(2) 物体可能有两种运动情形：①系统向上做减速运动；②系统向下做加速运动.这两种情况中，加速度的方向均向下.(3)根据牛顿第二定律，发生失重时，物体所受支持力(或拉力)F=mg-ma.
处理超重和失重问题的基本思路超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度.(1)确定研究对象；(2)把研究对象从物体系中隔离出来，对其进行受力分析，并画出受力示意图；
(3)选取正方向，分析物体的运动情况，明确加速度的方向；(4)根据牛顿运动定律和运动学公式列方程；(5)解方程，求出所需要的结果.
【知识归纳】
典例2 (2011·石家庄高一检测)某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象.他们在电梯内做实验.在电梯的地板上放置一个压力传感器.在传感器上放一个重为20 N的物块.实验中计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系图象.根据图象分析得出的结论中正确的是( )A.从时刻t1到t2物块处于失重状态B.从时刻t3到t4物块处于失重状态
C.电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层D.电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层解决此题需要把握以下三点：(1)判断超、失重现象关键是看加速度方向,而不是运动方向.(2)处于超重状态时，物体可能做向上加速或向下减速运动. (3)处于失重状态时，物体可能做向下加速或向上减速运动.
【规范解答】选B、C.从F-t图象可以看出0～t1，F=mg，电梯可能处于静止状态或匀速运动状态；t1～t2 ，F>mg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上运动或减速向下运动；t2～t3 ，F=mg，可能静止或匀速运动；t3～t4 ，F
【解析】升降机匀加速下降时，根据牛顿第二定律m1g-F=m1a1，解得：F=m1(g-a1)=75×(10-2) N=600 N，此人在地面上最多可举起 kg=60 kg的物体.升降机匀加速上升时F-m2g=m2a2，解得答案：60 kg 2 m/s2
1．我们前面学习了自由落体运动，知道它是加速度大小和方向都不变的运动，请根据牛顿第二定律说明为什么加速度不变呢？提示：做自由落体运动的物体只受重力，根据牛顿第二定律，F=mg=ma，所以a=g，因此加速度的大小和方向都不变.
2.对于做竖直上抛运动的物体，上升阶段物体做减速运动，下降阶段做加速运动，那么两个阶段加速度相同吗？提示：相同.尽管两个阶段一个是减速过程，一个是加速过程，但两个阶段的加速度都是重力加速度，大小和方向都相同.
竖直上抛运动的处理方法(1)分段法：上升过程是a=g的匀减速直线运动，下落阶段是自由落体运动.(2)整体法：将全过程看做是初速度为v0，加速度是-g的匀变速直线运动，但必须注意方程的矢量性.习惯上取v0的方向为正方向，则v＞0时正在上升，v＜0时正在下降；h为正时物体在抛出点的上方，h为负时物体在抛出点的下方.
典例3 跳起摸高是现今学生常进行的一项活动，小明同学身高1.8 m，质量65 kg，站立举手达到2.2 m高，他用力蹬地，经0.45 s竖直离地跳起，设他蹬地的力大小恒为1 060 N，则他跳起可摸到的高度为多少?(g取10 m/s2，结果保留一位有效数字)
解答本题时要把握以下三点：(1)此题属于已知受力求运动情况的题型.(2)解题关键是把生活实际现象转变成物理过程.(3)进行受力分析由牛顿第二定律求出加速度a.
【规范解答】人要起跳，先是重心下降，用脚蹬地后重心上升．在蹬地过程中人受到的力为重力和地面给人的支持力(大小等于人蹬地的力)．由牛顿运动定律得：F-mg＝ma，得加速度a=6.3 m/s2.由v＝at=6.3×0.45 m/s＝2.8 m/s．即为人离开地时的初速度．离地后人做竖直上抛运动，其重心上升高度故其跳起可摸到的高度H＝2.2 m+0.4 m＝2.6 m．答案：2.6 m
【变式备选】竖直上抛一物体，该物体在落回抛出点之前0.2 s时，所处位置比抛出点高1.4 m.求：(1)物体上升的最大高度；(2)落回抛出点时的速度大小.【解析】设物体上升的最大高度为h，从最高点到抛出点所用时间为t，由于落回原位置的高度所用的时间跟上抛时间完全相同，此题完全可以按自由落体运动来考虑.
对下降到抛出位置的过程，有 ①对下降至比抛出点高1.4 m位置的过程有 ② 联立①②两式有h=3.2 m，t=0.8 s，落回抛出点时速度v=gt=8 m/s.答案：(1)3.2 m (2)8 m/s
典例4 美国密执安大学5名学习航空航天技术的大学生搭乘NASA的飞艇参加了“微重力学生飞行计划”.飞行员将飞艇开到6 000 m的高空后，让其由静止下落，以模拟一种微重力的环境.下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的0.04倍.这样，可以获得持续约25 s之久的失重力影响的实验.紧接着，飞艇又做匀减速运动.若飞艇离地面的高度不得低于500 m，重力加速度g取10 m/s2，试求：
(1)飞艇在25 s内下落的高度；(2)在飞艇后来的减速过程中，大学生们对座位的压力是重力的多少倍？ 【思路点拨】解答本题时要把握以下三点：(1)要分清各个过程对应的已知量.(2)要能结合超重、失重分析受力.(3)要能熟练使用运动学公式.
【规范解答】(1)对飞艇进行受力分析，由牛顿第二定律可得： mg－Ff＝ma1由运动学规律所以在25 s内飞艇下落的高度为 H=3 000 m(2)减速过程中，飞艇要下降h=H0－H-500 m=2 500 m后速度减为零.
减速阶段的初速度为 v=a1t=240 m/s由运动学规律h=v2/2a2，得对人进行受力分析,由牛顿第二定律得FN－mg=ma2由以上各式得FN=2.2mg由牛顿第三定律得，人对座椅的压力为其重力的2.2倍.答案：(1)3 000 m (2)2.2倍
1．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是( )A．物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态B．物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态C．物体所受合力为零，就一定处于平衡状态D．物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态
【解析】选C.处于平衡状态的物体，从运动形式上来看是处于静止或匀速直线运动状态，从受力上来看，物体所受合力为零．某一时刻速度为零的物体，受力不一定为零，故不一定处于平衡状态，A错；物体相对于另一物体静止时，该物体不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此物体处于非平衡状态，故B错；C选项符合平衡条件，为正确选项；物体做匀加速运动，所受合力不为零，故不是平衡状态，D错．
2.下面关于超重与失重的判断正确的是( )A.物体做变速运动时，必处于超重或失重状态B.物体向下运动时，必处于失重状态C.做竖直上抛运动的物体，处于完全失重状态D.物体斜向上做匀减速运动，处于失重状态
【解析】选C、D.判断物体是否处于超重或失重状态，就是看物体有没有竖直方向上的加速度.若物体的加速度向下，则处于失重状态.若物体的加速度向上，则处于超重状态.A、B两项均未指明加速度方向，无法判定是否发生超重和失重现象.D项物体的加速度斜向下，有竖直向下的分量，故处于失重状态，C项中a=g，且加速度方向向下，故处于完全失重状态.
3.(2011·连云港高一检测)关于超重和失重，下列说法正确的是( )A.物体处于超重状态时，是指物体的重力增大了B.物体处于失重状态时，是指物体的“视重”减小了C.物体在完全失重的条件下，对支持它的支承面压力为零D.物体处于完全失重时，地球对它的引力消失了
【解析】选B、C.(1)所谓“超重”和“失重”，并非是指物体在同一位置的重力变大或变小，而是物体的“视重”变大或变小了，所谓“视重”是指人由弹簧测力计等量具上看到的读数，实际上物体所受的万有引力、重力并未改变.(2)“完全失重”是一种视重等于零的现象，物体处于完全失重时，对水平支承面的压力或对竖直悬绳的拉力等于零.(3)物体处于超重状态时，“视重”大于实重(即物体的重力)；处于失重状态时，“视重”小于实重，处于完全失重状态时，“视重”等于零.
4.气球以10 m/s的速度匀速竖直上升，从气球上掉下一个物体，经17 s到达地面.求物体刚脱离气球时气球的高度.(g取10 m/s2)【解析】可将物体的运动过程视为匀变速直线运动.根据题意画出运动草图如图所示.规定向下方向为正，则v0=-10 m/s，g=10 m/s2，据 ，有
h=(-10×17+ ×10×172) m=1 275 m所以物体刚脱离气球时离地1 275 m.答案：1 275 m
5．(2011·日照高一检测)如图所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为θ.质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，求地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少？
【解析】选取A和B整体为研究对象，它受到重力(M+m)g，地面支持力FN，墙壁的弹力F和地面的静摩擦力Ff的作用(如图甲所示)而处于平衡状态.根据平衡条件有：FN =(M+m)g,F=Ff
再以B为研究对象，它受到重力mg，三棱柱对它的支持力FB，墙壁对它的弹力F的作用(如图乙所示)而处于平衡状态，根据平衡条件有：FBcsθ=mg ,FBsinθ=F 解得 F=mgtanθ ,所以Ff=F=mgtanθ 答案：(M+m)g mgtanθ
一、选择题(本题共6小题，每小题5分，共30 分)1．很多摩天大楼的楼顶可以起降直升飞机，下列说法正确的是( )A．直升飞机降落静止后，大楼受到的合力要变大B．直升飞机起飞时，大楼受到直升飞机的压力最大C．直升飞机停在楼顶时，大楼受到直升飞机的压力最大D．直升飞机降落时，大楼受到直升飞机的压力最大
【解析】选C.大楼始终处于静止状态，受到的合力为零，A项错误．直升飞机起飞、降落时，直升飞机受到空气向上的力，对大楼的压力小于自身的重力；而直升飞机停在楼顶时，对大楼的压力等于自身的重力．B、D项错误，C项正确．
2.一杂技演员，用一只手抛球、接球．他每隔0.40 s抛出一球，接到球便立即把球抛出．已知除正在抛、接球的时刻外，空中总有4个球．将球的运动近似看做是竖直方向的运动，球到达的最大高度是(高度从抛球点算起，取g=10 m/s2)( )A．1.6 m B.2.4 m C.3.2 m D.4.0 m
【解析】选C. 空中总有4个球，每两个相邻的球间的时间间隔为0.40 s，则每个球的往返时间为1.60 s，即上升阶段时间为0.80 s，根据竖直上抛运动规律可知，上升和下落时间对称，故球达到的最大高度为： ．选C.
3．(2011·西安高一检测)如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔．静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述运动中始终保持平动，且忽略空气阻力，则( )
A．容器自由下落时，小孔向下漏水B．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水C．将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水D．将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水【解析】选D.将容器抛出后，容器和容器中的水处于完全失重状态，液面下任何一点的压强都等于0，小孔不会向下漏水．
4.如图所示，在俄罗斯首都莫斯科加加林阿特拉斯宇航中心，中国游客登上俄罗斯IL-76-MDK飞机，在飞机机舱内完全失重的状态下体验空中飞人的乐趣.在不考虑空气阻力的情况下，下列说法正确的是( )A.飞机一定做自由落体运动B.飞机的加速度一定为g，且方向一定竖直向下C.飞机有可能处于平衡状态D.人相对于飞机静止，处于平衡状态
【解析】选B.飞机处于完全失重状态，只受重力，加速度为重力加速度，B对.物体只受重力的运动，不一定是自由落体运动，A错.飞机和人受重力，合力不为零，不处于平衡状态，C、D错.
5． (2011·佛山高一检测)下列关于姚明起跳扣篮时蹬地和离开地面上升两过程的说法中正确的是(设蹬地的力为恒力)( )A．两个过程姚明都处于超重状态B．两个过程姚明都处于失重状态C．离开地面上升的姚明处于完全失重状态D．前者为超重，后者不超重也不失重【解析】选C.姚明起跳蹬地过程，加速度方向竖直向上是超重状态；离开地面上升过程，姚明只受重力作用处于完全失重状态，故选项C正确，A、B、D错误.
6.(2010·海南高考)如图，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块，木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上．若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为( )A．加速下降 B．加速上升C．减速上升 D．减速下降
【解析】选B、D.木箱静止时物块对箱顶有压力，则物块受到箱顶向下的压力，当物块对箱顶刚好无压力时，合外力的方向向上，表明系统有向上的加速度，是超重，可能是加速上升，也可能是减速下降，B、D正确.
二、非选择题(本题共2小题，共20分，要有必要的文字叙述)7．(8分)有一小甲虫，在半径为r的半球碗中向上爬，设虫足与碗壁间的动摩擦因数为μ=0.75.试问它能爬到的最高点离碗底多高？
【解析】如图所示，Ff＝μmgcsθ ①由受力平衡知Ff＝mgsinθ ②由①②式解得θ＝37°所以小甲虫离碗底的高度为h＝r－rcs37°＝0.2r.答案：0.2r
8．(12分)一位同学的家住在一座25层的高楼内，他每天乘电梯上楼，随着所学物理知识的增多，有一天他突然想到，能否用所学物理知识较为准确地测出这座楼的高度呢？在以后的一段时间内他进行了多次实验测量，经过仔细观察和反复测量，他发现电梯启动后的运动速度符合如图所示的规律，他就根据这一特点在电梯内用台秤、重物和停表测量这座楼的高度．他将台秤放在电梯内，将重物放在台秤的托盘上，电梯从第一层开始启动，经过不间断地运行，最后停在最高
层．在整个过程中，他记录了台秤在不同时间段内的示数，记录的数据如表所示．但由于0～3.0 s 段的时间太短，他没有来得及将台秤的示数记录下来，假设在每个时间段内台秤的示数都是稳定的，重力加速度g取10 m/s2.
(1)电梯在0～3.0 s时间段内台秤的示数应该是多少？(2)根据测量的数据计算该楼每一层的平均高度．
【解析】(1)电梯启动前，台秤示数为5.0 kg，则物体重力G＝mg＝50 N由于表中各段时间内台秤的示数恒定，所以在时间t1(0～3.0 s)内，物体做匀加速运动，在时间t2(3.0 s～13.0 s)内物体做匀速直线运动，在时间t3(13.0 s～19.0 s)内物体做匀减速直线运动.19.0 s末速度减为零．在13.0 s～19.0 s内，物体所受的支持力FN3＝46 N，根据牛顿第二定律
得在时间t3内物体的加速度13．0 s末物体的速度v2＝a3t3＝4.8 m/s.而由于电梯在13.0 s末的速度与3.0 s末的速度相同．因此根据匀变速运动规律，物体在0～3.0 s内的加速度根据牛顿第二定律解得： ＝58 N，即台秤的示数为5.8 kg
(2)0～3.0 s内物体的位移3．0 s～13.0 s内物体的位移x2＝v2t2＝48 m13．0 s～19.0 s内物体的位移则电梯上升的总高度(实际为24层的总高度)为x＝x1＋x2＋x3＝69.6 m平均每层楼高 .答案：(1)5.8 kg (2)2.9 m
【规律方法】超重与失重的理解及应用(1)超重和失重不是重力本身变了，而是物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持面的压力的变化，若弹力大于重力是超重，反之是失重.(2)由牛顿第二定律可以知道，加速度方向是超、失重判断的关键，若加速度方向向上(包括斜向上)，物体处于超重状态；若加速度方向向下(包括斜向下)，物体处于失重状态.
(3)利用超、失重现象可以依据加速度方向定性地分析弹力的情况，以避免直接列式计算的繁琐.(4)对于定量计算问题，要分析物体的受力情况，明确加速度的方向，根据牛顿第二定律列出方程，解出结果并进行讨论.
相关课件
高中第三章 相互作用4 力的合成图文ppt课件： 这是一份高中第三章 相互作用4 力的合成图文ppt课件，共60页。
高中物理人教版 (新课标)必修17 用牛顿定律解决问题（二）示范课ppt课件： 这是一份高中物理人教版 (新课标)必修17 用牛顿定律解决问题（二）示范课ppt课件，共60页。
物理必修11 重力 基本相互作用教课内容ppt课件： 这是一份物理必修11 重力 基本相互作用教课内容ppt课件，共22页。
