高中物理人教版 (新课标)必修16 用牛顿定律解决问题（一）教案

用牛顿定律解决问题（二）

[教学目标]：1、理解共点力平衡条件并能应用解决一些问题

 2、初步了解超重和失重现象，并能判断物体是否处于超失重状态

 3、体会超失重现象计算问题的基本解题思路和技巧

[教学重点]：1、共点力平衡条件的应用（特别是三力平衡）

2、超重和失重现象的理解

3、应用牛顿运动定律解决超失重问题

[教学难点]：共点力平衡条件的应用（连接体问题），应用牛顿运动定律解决超失重问题

[教学过程]：

复习导入：提问：1、什么是平衡状态？

答：包括静止和匀速直线运动状态

强调（静止是v=0并且a=0），例如：竖直上抛的物体到达最高点时，虽然v=0但a≠0，不能说是平衡状态

2、二力平衡的条件？

答：同物，等大，反向，共线。

引入：二力平衡的条件可以理解为，两个力的合力为零，那么如果是三个共点力，乃至多个共点力呢？他们的平衡条件又是什么？

新课讲授：

一、共点力的平衡条件

1、平衡状态：物体在力的作用下保持静止和匀速直线运动状态。

分析：（1）当物体受到多个共点力作用而处于平衡状态时，我们运用力的合成和分解，我们可以对多个力进行合成，其中任意一个力一定和其余所有共点力的合力反向共线。可以说明：合力为零。

（2）牛顿第二定律告诉我们，当物体所受的合力为零时，加速度a=0，物体将保持静止或者匀速直线运动状态。仍然是说明合力为零。

2、共点力的平衡条件：合力为零。

例1、一个物体受几个共点力的作用而做匀速直线运动，当撤去其中的一个力而保持其他力不变的时，物体可能处于以下哪其中情况（）

A. 匀速直线运动          B. 匀加速直线运动

C. 匀减速直线运动        D. 变加速直线运动

分析：撤去一个力后，物体不再处于平衡状态，故A不正确。其余的力的合力和这个撤去的力等大反向共线是一个恒力，故D不正确。当这个力与原来的运动方向相同时，物体做匀加速直线运动，当这个力与原来的运动方向相反时，物体做匀减速直线运动。故BC正确。

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。图见课本92页4.7-2。图中硬杆OB可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的质量都可以忽略。如果悬挂物的重力为G，角AOB等于θ，钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各为多少？

分析：共点力的平衡，受力分析，然后正交分解。

解：X方向：F2-F1cosθ=0

Y方向：F1sinθ-F3=0   G= F3

分析：θ的取值，决定了对材料强度的要求和材料的消耗。

二、   超重和失重

看图片《太空行走》《杨利伟在太空中的录象》

1．超重现象

实验：介绍装置，架子上有两个滑轮，两边挂有重物。我们取左边的重物加以研究，重物静止时，弹簧秤的示数大小等于物体所受的重力，物体对弹簧秤的拉力等于物体所受的重力。放手后物体做向上的加速运动，我们再观察弹簧秤示数的变化。

提问：看到了什么现象？

弹簧秤的示数增大，物体对绳的拉力增大。

以上实验可以用更简单的装置来完成，只不过观察时的效果稍差一些。弹簧秤下挂一重物，物体静止时，弹簧秤的示数等于物体所受的重力。当物体向上做加速运动时，弹簧秤的示数大于物体所受的重力，物体对绳的拉力大于物重。

学生小实验：细线拉重锤(绣花线、打点计时器用重锤)。线系在重锤上，缓慢拉起，再让重锤做向上的加速运动，线断。

分析原因：取物体为研究对象，T-G=ma，T-mg=ma，弹簧秤的拉力为

T=mg+ma=m(g+a)

讨论：(1)物体做向上的加速运动时，弹簧对物体的拉力大于物体静止时的拉力，T＞mg，物体对弹簧的拉力大于物重。

举例：起重机在吊起重物时，有经验的司机都不让物体的加速度过大是什么原因？

(2)学生列举生活中的感受：电梯向上起动时，电梯对人的支持力大于静止时的支持力，同样人对电梯的压力也大于物重；电梯下降刹车时也一样。只要物体的加速度方向是向上的，就会产生以上现象。

提问：在电梯中放一弹簧测力秤，人站在上面。当电梯向上加速度运动时秤的示数怎样变化？

(3)整理公式：T=m(g+a)=mg′，g′叫做等效重力加速度，g′＞g。站在电梯里的人在电梯向上加速或向下减速时，人对电梯的压力大于人的重力，好像是重力加速度g增大了。火箭起飞时有很大的向上的加速度，内部发生的是超重现象。

当物体存在向上的加速度时，它对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物重的现象叫做超重现象。

发生超重现象时，物重并没有变化。 

2．失重现象

实验：重物静止时，弹簧秤的示数大小等于物体所受的重力，物体对弹簧秤的拉力等于物体所受的重力。放手后物体做向下的加速运动，我们再观察弹簧秤示数的变化。

提问：看到了什么现象？

弹簧秤的示数减少，物体对支持物的拉力减小。

学生实验：观察感受失重现象。弹簧秤下挂一重物，物体静止时，弹簧秤的示数等于物体所受的重力。当物体向下做加速运动时，弹簧秤的示数小于物体所受的重力。(注意对减速时的示数增大的解释。)

取物体为研究对象，G-T=ma，弹簧秤的拉力为T=mg-ma=m(g-a)

讨论：(1)物体做向下的加速运动时，弹簧对物体的拉力小于物体静止时的拉力，T＜mg，物体对弹簧的拉力小于物重。

(2)学生列举生活中的感受：电梯向下起动时，电梯对人的支持力小于静止时的支持力，同样人对电梯的压力也小于物重；电梯上升刹车时也一样。

(3)整理公式：T=m(g-a)=mg′，g′叫做等效重力加速度，g′＜g。站在电梯里的人在电梯向下加速或向上减速时，人对电梯的压力小于人的重力，好像是重力加速度g减少了。

失重：当物体存在向下的加速度时，它对支持物的压力(或拉力)小于物重的现象，叫做失重。当a=g时，T=0，叫做完全失重。

发生失重时，物重并没有变化。

实验：在可乐瓶下面扎一些小孔，装上水后水从小孔喷出。把水瓶抛出，喷水情况会怎样变化？分析瓶抛出后，水怎样喷。让学生先分析可能发生的现象，再观察上抛时的现象，下抛的情况让学生回家去做。解释现象出现的原因，抛出后水处于失重状态，对瓶无压力，水不喷。

例1：  关于电梯的几种运动中，支持力的变化情况如何？

思考题：一个在地面上能举起100千克质量杠铃的运动员在一个加速运动的电梯上能举起多大质量的杠铃？a=g，a=g/2（分向上和向下两种加速情况讨论）

作业：课后1.2.3.4