第5節(jié)　共點(diǎn)力的平衡 課件

物理第三章相互作用——力第5節(jié)共點(diǎn)力的平衡[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．理解平衡狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并熟練掌握運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與受力之間的關(guān)系．2．理解共點(diǎn)力平衡的條件，應(yīng)用條件解決實(shí)際問題．3．掌握動(dòng)態(tài)平衡的特征，熟練解決其問題．4．掌握整體法與隔離法的應(yīng)用．01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識(shí)點(diǎn)共點(diǎn)力平衡的條件1．兩種平衡狀態(tài)：共點(diǎn)力作用下的平衡狀態(tài)包括靜止?fàn)顟B(tài)和__________________狀態(tài)．勻速直線運(yùn)動(dòng)0F合＝0[判一判](1)共點(diǎn)力一定作用于物體上的同一點(diǎn)．(

)(2)作用于同一物體上的所有力都是共點(diǎn)力．(

)(3)物體的加速度a＝0，則物體一定處于靜止?fàn)顟B(tài)．(

)(4)物體的速度很大，則F合很大．(

)(5)某時(shí)刻物體的速度為零時(shí)，物體一定處于平衡狀態(tài)．(

)(6)沿光滑斜面下滑的物體處于平衡狀態(tài)．(

)××××××[想一想]我們處在一個(gè)異彩紛呈的世界里，世界上的物體可謂千姿百態(tài)．遠(yuǎn)古的巨石千百年來一直神奇地矗立著(如圖甲)．都市里的人，卻自有動(dòng)中取靜的辦法，到了大商場里，你只要站著不動(dòng)，自動(dòng)扶梯就會(huì)安穩(wěn)勻速地送你上樓下樓(如圖乙)．從物理學(xué)角度來看，如果一個(gè)物體保持靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，我們就說這個(gè)物體是處于平衡狀態(tài)．因此，巨石、勻速電梯上站立的人都是處于平衡狀態(tài)．那么，物體保持平衡需要什么條件呢？提示：如果物體受兩個(gè)力作用而平衡，這兩個(gè)力一定等大反向且作用在一條直線上，即合力為零．如果物體受多個(gè)力而平衡，根據(jù)力的合成定則，我們可以把任意兩個(gè)共點(diǎn)力用一個(gè)合力來等效代替，據(jù)此，三個(gè)以上的共點(diǎn)力最終都可以簡化為兩個(gè)共點(diǎn)力．可見，三個(gè)以上共點(diǎn)力的平衡，最終也都可以簡化為二力平衡．根據(jù)二力平衡條件，我們就可以得出在共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為零，即F合＝0.1．(對(duì)平衡狀態(tài)的理解)物體受共點(diǎn)力作用，下列說法正確的是(

)A．物體的速度等于零，物體就一定處于平衡狀態(tài)B．物體相對(duì)另一物體保持靜止時(shí)，物體一定處于平衡狀態(tài)C．物體所受合力為零時(shí)，就一定處于平衡狀態(tài)D．物體做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體處于平衡狀態(tài)√解析：處于平衡狀態(tài)的物體，從運(yùn)動(dòng)形式上看是處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從受力上來看，物體所受合外力為零．速度為零的物體，受力不一定為零，故不一定處于平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；物體相對(duì)于另一物體靜止時(shí)，該物體相對(duì)地面不一定靜止，如當(dāng)另一物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，該物體也做變速運(yùn)動(dòng)，此物體處于非平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；C符合平衡條件，為正確選項(xiàng)；物體做勻加速運(yùn)動(dòng)，所受合力不為零，故不是平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤．2．(對(duì)共點(diǎn)力的理解)(多選)關(guān)于共點(diǎn)力，下列說法中正確的有(

)A．作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力，如果大小相等，方向相反，那么這兩個(gè)力是共點(diǎn)力B．作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力，如果是一對(duì)平衡力，那么這兩個(gè)力是共點(diǎn)力C．作用在一個(gè)物體上的幾個(gè)力，如果它們的作用點(diǎn)不在同一點(diǎn)上，那么這幾個(gè)力也可能是共點(diǎn)力D．作用在一個(gè)物體上的幾個(gè)力，如果它們的作用線可以匯交于一點(diǎn)，那么這幾個(gè)力是共點(diǎn)力√√√解析：如果作用在物體的同一點(diǎn)或者雖不作用在物體的同一點(diǎn)，但力的作用線交匯于一點(diǎn)，那么這幾個(gè)力是共點(diǎn)力，所以C、D正確；大小相等、方向相反的力不一定作用在同一點(diǎn)，但一對(duì)平衡力必作用于同一物體的同一直線上，是共點(diǎn)力，所以A錯(cuò)誤，B正確．3．(對(duì)共點(diǎn)力的平衡條件的理解)(2022·山東南海新區(qū)月考)某同學(xué)對(duì)下列畫“陰影”的物體進(jìn)行受力分析，正確的是(

)√解析：A中球在這三個(gè)力作用下不可能保持靜止，所以球不受FN2的作用，故A錯(cuò)誤；B中球在這三個(gè)力作用下不可能保持靜止，所以球不受FN的作用，故B錯(cuò)誤；C中兩物塊一起向右勻速運(yùn)動(dòng)，上面的物塊受重力和下面物塊的支持力而保持平衡，故C正確；D中物塊以一定初速度沖上粗糙斜面，物塊相對(duì)斜面向上運(yùn)動(dòng)，則物塊受到的滑動(dòng)摩擦力應(yīng)沿斜面向下，故D錯(cuò)誤．探究一靜態(tài)平衡問題【情景導(dǎo)入】如圖所示，重物的重力為G，輕繩AO與BO的A、B端是固定的，平衡時(shí)AO是水平的，BO與豎直方向的夾角為θ，能否用分解法和合成法兩種方法

求出AO的拉力FT1和BO的拉力FT2的大??？處理靜態(tài)平衡問題的常用方法(1)合成法：物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡，則任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小相等、方向相反．(2)效果分解法：物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡，將某一個(gè)力按力的作用效果分解，則其分力和其他兩個(gè)力滿足平衡條件．(3)正交分解法：物體受到三個(gè)或三個(gè)以上力的作用而平衡，將物體所受的力分解為相互垂直的兩組，每組力都滿足平衡條件．(4)力的三角形法：對(duì)受三個(gè)力作用而平衡的物體，將力平移使三個(gè)力組成一個(gè)首尾依次相接的矢量三角形，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識(shí)求解未知力．【例1】物體在五個(gè)共點(diǎn)力的作用下保持平衡，如圖所示，其中F1大小為10N，方向水平向右．

(1)若撤去力F1，而保持其余四個(gè)力不變，求其余四個(gè)力的合力的大小和方向；(2)若將F1轉(zhuǎn)過90°，求物體所受的合力大?。甗針對(duì)訓(xùn)練1]

(2022·內(nèi)蒙古赤峰二中月考)如圖所示，已知物體A重120N，物體B重30N，A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài)，繩AC水平，繩CD與水平方向成37°角，A與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.4，(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2)求：(1)繩CD中拉力的大?。?2)物體A受到的摩擦力的大?。馕觯?1)對(duì)結(jié)點(diǎn)C受力分析正交分解如圖所示在x軸上F2＝F1cos37°在y軸上F3＝F1sin37°B物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，則GB＝F3由以上三式得F1＝50N，F(xiàn)2＝40N.(2)A物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，在水平方向受到的摩擦力大小與繩AC拉力大小相等，即Ff＝F2＝40N.答案：(1)50N

(2)40N探究二動(dòng)態(tài)平衡問題【情景導(dǎo)入】如圖所示，人通過跨過定滑輪的輕繩牽引一物體，人向右緩慢移動(dòng)時(shí)，地面對(duì)人的支持力和摩擦力如何變化？提示：人受重力、繩子的拉力及地面對(duì)人的支持力和摩擦力，當(dāng)人緩慢向右移動(dòng)時(shí)，繩子拉力的大小不變，但在水平方向的分力增大，豎直方向的分力減小，故地面對(duì)人的支持力和摩擦力都變大．1．動(dòng)態(tài)平衡：物體所受的力中有些是變力，是動(dòng)態(tài)力，力的大小和方向均要發(fā)生變化，但變化過程中的每一個(gè)狀態(tài)均可視為平衡狀態(tài)，所以叫作動(dòng)態(tài)平衡．2．分析動(dòng)態(tài)平衡問題的方法(1)解析法①列平衡方程求出未知量與已知量的關(guān)系表達(dá)式；②根據(jù)已知量的變化情況來確定未知量的變化情況．(2)圖解法①根據(jù)已知量的變化情況，畫出平行四邊形邊、角的變化；②確定未知量大小、方向的變化．(3)相似三角形法①根據(jù)已知條件畫出兩個(gè)不同情況對(duì)應(yīng)的力的三角形和空間幾何三角形，確定對(duì)應(yīng)邊，利用三角形相似知識(shí)列出比例式；②確定未知量大小的變化情況．【例2】如圖所示，木板P下端通過光滑鉸鏈固定于水平地面上的O點(diǎn)，物體A、B疊放在木板上且處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)物體B的上表面水平．現(xiàn)使木板P繞O點(diǎn)緩慢旋轉(zhuǎn)到虛線所示位置，物體A、B仍保持靜止，與原位置的情況相比(

)A．B對(duì)A的作用力變小

B．A對(duì)B的壓力增大C．木板對(duì)B的作用力不變

D．木板對(duì)B的摩擦力不變√[解析]

設(shè)板與水平地面的夾角為α，木板轉(zhuǎn)過的角度為β，以A為研究對(duì)象，無論木板如何轉(zhuǎn)動(dòng)，只要二者保持相對(duì)靜止，B對(duì)A的作用力始終與A的重力平衡，保持不變，故A錯(cuò)誤；當(dāng)將P繞O點(diǎn)緩慢旋轉(zhuǎn)到虛線所示位置，B的上表面不再水平，A的重力分解情況如圖甲，開始時(shí)物體A不受B對(duì)A的摩擦力，B對(duì)A的支持力大小與重力相等；旋轉(zhuǎn)后設(shè)B的上表面與水平方向之間的夾角是β，受到的B對(duì)A的支持力、摩擦力的合力仍然與A的重力大小相等，方向相反，則A受到B對(duì)A的作用力保持不變，由于支持力與摩擦力相互垂直，則N＝GA·cosβ，所以A受到的支持力一定減小了，根據(jù)牛頓第三定律可知A對(duì)B的壓力減小，故B錯(cuò)誤；以A、B整體為研究對(duì)象，分析受力情況如圖乙，總重力GAB、板的支持力N2和摩擦力f2，板對(duì)B的作用力是支持力N2和摩擦力f2的合力，系統(tǒng)始終保持靜止，由平衡條件分析可知，板對(duì)B的作用力大小與總重力大小相等，保持不變，支持力N2＝GABcosα，摩擦力f2＝GABsinα，α增大，N2減小，f2增大，故C正確，故D錯(cuò)誤．【例3】(多選)如圖所示，物體A用輕質(zhì)細(xì)繩系在豎直桿MN上的點(diǎn)B.現(xiàn)用一水平力F作用在繩上的O點(diǎn)，將O點(diǎn)緩慢向左移動(dòng)，使細(xì)繩與豎直方向的夾角θ逐漸增大．關(guān)于此過程，下列說法中正確的是(

)A．水平力F逐漸增大

B．水平力F逐漸減小C．繩OB的彈力逐漸減小 D．繩OB的彈力逐漸增大√√【例4】一個(gè)簡易起吊設(shè)施的示意圖如圖所示，AC是質(zhì)量不計(jì)的撐桿，A端與豎直墻用鉸鏈連接，一滑輪固定在A點(diǎn)正上方，C端吊一重物．現(xiàn)施加一拉力F緩慢將重物P向上拉，在AC桿達(dá)到豎直前(

)A．BC繩中的拉力FT越來越大B．BC繩中的拉力FT越來越小C．AC桿中的支撐力FN越來越大D．AC桿中的支撐力FN越來越小√[針對(duì)訓(xùn)練2]

(多選)如圖所示，小球放在光滑的墻壁與裝有鉸鏈的光滑薄板之間，當(dāng)墻與木板之間的夾角α緩慢地增大到90°的過程中(

)A．小球?qū)δ景宓恼龎毫υ龃驜．小球?qū)Φ膲毫p小C．小球?qū)δ景宓恼龎毫?duì)軸O的力矩減小D．木板對(duì)小球的彈力不可能小于小球的重力√√