共點(diǎn)力的平衡條件及應(yīng)用 高一上學(xué)期物理粵教版（2019）必修第一冊

第三章相互作用第六節(jié)共點(diǎn)力的平衡條件及應(yīng)用在自然界和日常生活中,物體的平衡是最常見的現(xiàn)象之一.如圖所示,高高聳立的巖石、婀娜多姿的平衡鳥、體育比賽中平衡木上的運(yùn)動員等,都處于平衡狀態(tài);現(xiàn)代高聳入云的廣州塔,以及形式各樣的斜拉橋等,都利用了物體平衡的原理.情景導(dǎo)入新課探究共點(diǎn)力的平衡幾個力都作用在同一物體的同一點(diǎn)，或它們的延長線相交于一點(diǎn)，這幾個力稱為共點(diǎn)力。限速40km/hGF2F1為了明確表示物體所受的共點(diǎn)力，在作示意圖時，可以把這些力的作用點(diǎn)畫到它們作用線的公共交點(diǎn)上。在不考慮物體轉(zhuǎn)動的情況下，物體可以當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)看待，所以力的作用點(diǎn)都可以畫在受力物體的重心上。FfGN勻速物體處于靜止或者保持勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)叫作平衡狀態(tài).物體如果受到共點(diǎn)力的作用且處于平衡狀態(tài),就叫作共點(diǎn)力的平衡.為了使物體保持平衡狀態(tài),作用在物體上的力所必須滿足的條件,叫作共點(diǎn)力的平衡條件.問題：豎直上拋的物體到達(dá)最高點(diǎn)時是平衡狀態(tài)嗎？保持靜止和瞬時速度為0不同歸納小結(jié)1.共點(diǎn)力：幾個力都作用在物體的同一點(diǎn),或它們的作用線相交于同一點(diǎn),這幾個力便叫做“共點(diǎn)力”.2.平衡狀態(tài)：①保持靜止?fàn)顟B(tài)；②保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài).3.對平衡狀態(tài)的理解(1)共點(diǎn)力作用下物體處于平衡狀態(tài)的運(yùn)動學(xué)特征：

“保持”某狀態(tài)與“瞬時”某狀態(tài)的區(qū)別，例如：做自由落體運(yùn)動的物體開始運(yùn)動時，這一瞬間的速度為零，但這一狀態(tài)不能“保持”，因而不屬于平衡狀態(tài).例題1.物體在共點(diǎn)力作用下，下列說法中正確的是(

)

A.物體的速度在某一時刻等于零，物體就一定處于平衡狀態(tài)

B.物體相對另一物體保持靜止時，物體一定處于平衡狀態(tài)

C.物體處于平衡狀態(tài),不一定是靜止的

D.物體做勻加速運(yùn)動時，物體處于平衡狀態(tài)答案及解析：處于平衡狀態(tài)的物體，從運(yùn)動形式上看是物體可以保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，處于平衡狀態(tài)的物體，既可以是靜止的，也可以是勻速直線運(yùn)動的。故答案為:C.新課探究探究共點(diǎn)力的平衡條件二力平衡是指物體在兩個共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),其平衡條件是這兩個力的大小相等、方向相反,作用在同一直線上.

一個懸掛著的燈籠的受力情況如圖所示,F=G,力F、G的合力為零.如果物體受到三個不在一條直線上的共點(diǎn)力的作用,怎樣才能保持平衡?實(shí)驗(yàn)與探究取一個匯力圓環(huán)、三根一端帶小鉤的細(xì)繩、三個彈簧測力計,將三個小鉤都鉤在匯力圓環(huán)上.(1)如圖所示,分別將彈簧測力計連接在三根細(xì)繩的末端,使匯力圓環(huán)在三根細(xì)繩的拉力作用下與平板上的定位圓重合.(2)用鉛筆在平板上記下這三個拉力的大小和方向.(3)在平板上用力的圖示法畫出這三個力F1、F2、F3,如圖所示.實(shí)驗(yàn)與探究(4)用力的平行四邊形定則作出F1,F2的合力F,如圖所示.比較F與F3的大小和方向.作出F2,F3的合力F',如圖所示,或者作出F1,F3的合力F",如圖所示,然后將合力與另外一個力進(jìn)行比較.(5)在保證匯力圓環(huán)與定位圓重合的前提下,改變?nèi)?xì)繩的拉力大小和方向,重復(fù)上述步驟.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,你能否歸納總結(jié)物體在三個共點(diǎn)力作用下的平衡條件.小窗口播放歸納小結(jié)共點(diǎn)力的平衡條件：物體所受的合力為零。新課探究共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用例題2（教材例題1）:在圖中,小球重3N,光滑斜面的傾角α為30°.求斜面及豎直放置的擋板對小球作用力的大小.分析:以小球?yàn)檠芯繉ο?小球受到斜面對它的作用力F1、擋板對它的作用力F2和重力G這三個力的作用,根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件,F1和F2的合力F的大小與重力G的大小相等.解：對小球受力分析如圖所示，由幾何關(guān)系，得代入數(shù)據(jù)，解得即斜面對小球的作用力的大小為3.5N，擋板對小球的作用力的大小為1.7N.小結(jié)研究物體平衡的基本思路和基本方法（1）轉(zhuǎn)化為二力平衡模型——合成法很多情況下物體受到三個力的作用而平衡，其中任意兩個力的合力必定跟第三個力等大反向。GF1F2F據(jù)平行四邊形定則作出其中任意兩個力的合力來代替這兩個力，從而把三力平衡轉(zhuǎn)化為二力平衡。這種方法稱為合成法。例題3（教材例題2）:在科學(xué)研究中,人們利用風(fēng)力儀直接測量風(fēng)力的大小,其原理如圖所示.儀器中有一根輕質(zhì)金屬絲,懸掛著一個金屬球.無風(fēng)時,金屬絲豎直下垂.當(dāng)受到沿水平方向吹來的風(fēng)時,金屬絲偏離豎直方向一個角度,風(fēng)力越大,偏角越大.通過傳感器,就可以根據(jù)偏角的大小指示出風(fēng)力的大小.那么,風(fēng)力的大小F跟小球質(zhì)量m、偏角θ之間有什么關(guān)系呢?分析:以金屬球?yàn)檠芯繉ο?有風(fēng)時,它受到三個力作用重力mg,豎直向下;風(fēng)力F,水平向左;金屬絲拉力T,沿金屬絲傾斜向上,如圖所示.當(dāng)風(fēng)力一定時,金屬球能保持在一定的偏角的位置上,以金屬球的球心為原點(diǎn),取水平方向?yàn)閤軸,豎直方向?yàn)閥軸.由平衡條件列出方程,即可求出風(fēng)力的大小F跟金屬球質(zhì)量m、偏角θ之間的關(guān)系.解:以金屬球?yàn)檠芯繉ο?受力分析如圖所示.水平方向上的合力Fx合和豎直方向上的合力Fy合分別等于零,即Fx合=Tsinθ-F=0Fy合=Tcos

θ-mg=0有Tsinθ=F,Tcosθ=mg兩式相比,得F=mgtanθ由所得結(jié)果可見,當(dāng)金屬球質(zhì)量m一定時,偏角θ只跟風(fēng)力F有關(guān),因此,根據(jù)偏角θ的大小就可以指示出風(fēng)力的大小.小結(jié)研究物體平衡的基本思路和基本方法（2）轉(zhuǎn)化為四力平衡模型——分解法物體受三個共點(diǎn)力平衡時，也可以把其中一個力進(jìn)行分解(一般采用正交分解法)，從而把三力平衡轉(zhuǎn)化為四力平衡模型。這種方法稱為分解法。GF1F2F1xF