牛顿运动定律解决问题二.ppt

第四章　牛顿运动定律 第7节 用牛顿运动定律解决问题（二） 1、理解共点力作用下物体平衡状态并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。 一、平衡状态 1.定义：物体在力的作用下处于静止或匀速直线运动的状态，称为平衡状态。 思考：物体速度为0时，物体是否一定处于平衡状态？ 2.物体处于平衡状态的本质特征是加速度a=0 3.平衡条件 F合=0 例1.物体在共点力作用下，下列说法中正确的是（ ） A.物体的速度在某一瞬时等于0时，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0时，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 C 【例2】城市中的路灯，无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。图1为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可以绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可以忽略。如果悬挂物的重量是G，角AOB等于 ，钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各是多大？ A B O F3 F2 F1 二、共点力作用下物体的平衡 1.静态平衡问题 思考：如果在O点处装有一定滑轮，把钢索变为一跟轻质均匀的绳，那么O点的受力如何？ A B O F1 F2 F3 结论： 硬杆的弹力方向不一定沿着杆的方向 思考：如果使A点从下往上变动时，那么O点的受力如何？ A B O F1 F2 F3 F1 F3 F2 A 一物体置于粗糙的斜面上，给该物体施加一个平行于斜面的力，当此力为100 N且沿斜面向上时，物体恰能沿斜面向上匀速运动；当此力为20 N且沿斜面向下时，物体恰能在斜面上向下匀速运动，求施加此力前，物体在斜面上受 到的摩擦力为多大？ 【答案】40 N 【解析】物体沿斜面向上运动时受力分析如图４-7-1所示。 由共点力的平衡条件，x轴：F1-mgsinα-f1=0， y轴：mgcosα-FN1=0 又f1=μFN1 物体沿斜面向下运动时受力分析如图４-7-2所示。 由共点力的平衡条件得 x轴：f2-F2-mgsinα=0，y轴：mgcosα-FN2=0 又f2=μFN2，f1=f2=f 以上各式联立得：f1=f2=f=（F1+F2)/2 代入数据得：f=(100+20)/2 N=60 N 当不施加此力时,物体受重力沿斜面向下的分力 mgsinα=40 Nf=60 N 物体静止在斜面上，受到的摩擦力为40 N。 图４-7-1 图４-7-2 3.动态平衡问题 在有关物体平衡的问题中，有一类涉及动态平衡。这 类问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和 方向均要发生变化，但是在变化的过程中，任一时刻 物体都处于平衡状态。解决这类问题的一般思路是： 把“动”化为“静”，“静”中求“动”。 FOA FOC FOB 【例3】如图3所示，一定质量的物块用两根轻绳悬 在空中，其中绳ＯＡ固定不动，绳ＯＢ在竖直平面 内由水平方向向上转动，则在绳ＯＢ由水平转至竖 直的过程中，绳ＯＢ的张力的大小将( ) A.一直变大 B.一直变小 C.先变大后变小 D.先变小后变大 图3 方法一：三角形定则 当物体受三力作用而处于平衡状态时，其合力为零，三个力的矢量依次恰好首尾相连，构成闭合三角形，当物体所受三个力中二个发生变化而又维持平衡关系时，这个闭合三角形总是存在，只不过形状发生改变而已，比较这些不同形状的矢量三角形，各力的大小及变化就一目了然了。 【例4】如图所示，小船用绳索拉向岸边，设船在水 中运动时所受水的阻力不变，那么小船在匀速靠岸 过程中，下面说法哪些是正确的（ ） A. 绳子的拉力F不断增大 B. 绳子的拉力F不变 C. 船所受的浮力不断减小 D. 船所受的浮力不断增大 AC 方法二：解析法 解析法适用于在物体所受力中，有一个力大小方向都变，有一力大小变（或大小方向都变），在变化过程中，且有两个的方向始终保持垂直，其中一个力的大小方向均不变的问题，此时，利用正交分解的方法求出所要找的答案。 图4-7-6 TA一直减小，ＴＢ先变小后增大。 练习：如图４-7-6所示，半圆形支架ＢＡＤ，两细绳ＯＡ和ＯＢ 结于圆心Ｏ，下悬重为Ｇ的物体，使ＯＡ绳固定不动，将ＯＢ绳的Ｂ端沿半圆支架从水平位置逐渐