动力学的两类基本问题超重和失重..doc

学科：物理 教学内容：动力学的两类基本问题·超重和失重 ? 【教学指导】 1．动力学的两类基本问题 应用牛顿运动定律求解的问题主要有两类：一类是已知受力情况求运动情况；另一类是已知运动情况求受力情况．在这两类问题中，加速度是联系力和运动的桥梁，受力分析是解决问题的关键． 2．超重和失重 在平衡状态时，物体对水平支持物的压力（或对悬绳的拉力）大小等于物体的重力．当物体在竖直方向上有加速度时，物体对支持物的压力就不等于物体的重力了．当物体的加速度向上时，物体对支持物的压力大于物体的重力，这种现象叫做超重现象；当物体的加速度向下时，物体对支持物的压力小于物体的重力，这种现象叫失重现象．特别的，当物体向下的加速度为g时，物体对支持物的压力变为零，这种状态叫完全失重状态． 对超重和失重的理解应当注意以下几点： （1）物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化． （2）发生超重或失重现象与物体的速度无关，只决定于加速度的方向． （3）在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等． 3．在连接体问题中，如果不要求知道各个运动物体之间的相互作用力，并且各个物体具有大小和方向都相同的加速度，就可以把它们看成一个整体（当成一个质点）．分析受到的外力和运动情况，应用牛顿第二定律求出加速度（或其他未知量）；如果需要知道物体之间的相互作用力，就需要把物体从系统中隔离出来，将内力转化为外力，分析物体的受力情况和运动情况，并分别应用牛顿第二定律列出方程．隔离法和整体法是互相依存、互相补充的．两种方法互相配合交替应用，常能更有效地解决有关连接体的问题． ? 【方法解析】 1．对物体进行受力分析时，强调较多的是隔离法，但采用整体法求解，常能化难为易，化繁为简．如图3—2—1，物块b沿静止的粗糙斜面a匀速下滑，判断地面与斜面间有无摩擦力．由于系统处于平衡状态，系统的重力与地面对它们的支持力平衡，水平方向无其他外力，故在水平方向不存在相对运动的趋势，系统和水平面之间就不存在静摩擦力． 图3—2—1 2．动力学问题的一般解题步骤 （1）选取研究对象．所选的研究对象可以是一个物体，也可以是多个物体组成的系统．同一题目，根据需要也可以先后选取不同的研究对象． （2）分析研究对象的受力情况和运动情况． （3）根据牛顿第二定律和运动学公式列方程．由于所用的公式均为矢量，所以列方程过程中，要特别注意各量的方向．一般情况均以加速度的方向为正方向，分别用正负号表示式中各量的方向，将矢量运算转化为代数运算． （4）代入已知量求解． ? 【典型例题精讲】 ［例1］静止在水平地面上的物体的质量为2 kg，在水平恒力F推动下开始运动，4 s末它的速度达到4 m/s，此时将F撤去，又经6 s物体停下来，如果物体与地面的动摩擦因数不变，求F的大小． 【解析】 物体的整个运动过程分为两段，前4 s物体做匀加速运动，后6 s物体做匀减速运动． 前4 s内物体的加速度为 a1＝ m/s2＝1 m/s2 设摩擦力为Ff，由牛顿第二定律得 F－Ff＝ma1 ① 后6 s内物体的加速度为 a2＝m/s2＝－m/s2 物体所受的摩擦力大小不变，由牛顿第二定律得 －Ff＝ma2 ② 由①②可求得水平恒力F的大小为 F＝m（a1－a2）＝2×（1＋） N＝3.3 N 【说明】 （1）本例属于已知运动情况求受力情况的问题．分析思路为：先由运动情况求加速度，再根据牛顿第二定律求力． （2）在分析物体的运动过程中，一定弄清整个运动过程中物体的加速度是否相同，若不同，必须分段处理，加速度改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量．分析受力时要注意前后过程中哪些力发生了变化，哪些力没发生变化． 【设计意图】 本题是已知运动情况求受力情况．通过本例帮助学生掌握这类问题的解题方法．同时，通过本例也让学生学会分析这种多过程问题的方法． ［例2］质量为m＝2 kg的木块原来静止在粗糙水平地面上，现在第1、3、5…奇数秒内给物体施加方向向右、大小为F1＝6 N的水平推力，在第2、4、6…偶数秒内给物体施加方向仍向右、大小为F2＝2 N的水平推力，已知物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.1，取g＝10 m/s2，问： （1）木块在奇数秒和偶数秒内各做什么运动? （2）经过多长时间，木块位移的大小等于40.25 m? 【解析】 以木块为研究对象，它在竖直方向受力平衡，水平方向仅受推力F1（或F2）和摩擦力Ff的作用．由牛顿第二定律可判断出木块在奇数秒内和偶数秒内的运