高中物理粤教版必修第一册课件：第三章-第六节-共点力的平衡条件及其应用.pptx

1、第六节共点力的平衡条件及其应用第六节共点力的平衡条件及其应用第三章第三章2021内容索引课前篇课前篇 自主预习自主预习课堂篇课堂篇 探究学习探究学习学习目标1.知道共点力、平衡状态及共点力的平衡的概念,能解决相关共点力平衡的实际问题.(物理观念)2.理解共点力平衡的条件,掌握共点力作用下物体平衡问题的处理方法,能分析、计算平衡问题.(科学思维)3.学会通过实验探究共点力平衡的条件,学会与他人合作与交流,提高实验探究能力.(科学探究)思维导图课前篇课前篇 自主预习自主预习必备知识一、共点力的平衡1.共点力如果几个力作用在物体的同一点上,或者几个力的作用线相交于同一点,这几个力就称为共点力.2.作

2、图时可以把力的作用点画到作用线的公共交点上.3.共点力的平衡(1)平衡状态:物体处于静止或者保持匀速直线运动的状态叫作平衡状态.把“缓慢运动”看作平衡状态来处理 (2)共点力的平衡:物体如果受到共点力的作用且处于平衡状态,就叫作共点力的平衡.想一想在生活中,平衡无处不在,大自然中耸立的山峰、水平匀速直线行驶的汽车,乃至著名的比萨斜塔,它们都处于平衡状态,仔细思考它们有哪些不同?在物理学中,“平衡”这个词究竟是什么含义?要点提示 耸立的山峰和比萨斜塔都处于静止状态,水平匀速直线行驶的汽车处于匀速直线运动状态,在物理学中,“平衡”的含义是保持原有运动状态不变.二、共点力的平衡条件1.平衡条件:为了

3、使物体保持平衡状态,作用在物体上的力所必须满足的条件,叫作共点力的平衡条件.2.二力平衡:物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,其平衡条件是这两个力大小相等、方向相反,作用在同一直线上.3.物体在多个共点力作用下的平衡条件是所受合力为零.自我检测1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)物体速度等于零时,一定处于平衡状态.()解析 物体速度等于零时,不一定处于平衡状态,例如竖直上抛运动的最高点.答案 (2)在平直的高速公路上匀速行驶的汽车处于平衡状态.()答案 (3)用手拿一粒钢球,刚松手的瞬间,小球仍处于平衡状态.()解析 刚松手的瞬间,小球有加速度.答案 (4)合外力保持恒定的物

4、体处于平衡状态.()解析 合外力保持恒定的物体不一定处于平衡状态,例如自由落体运动.答案 2.若一个物体处于平衡状态,则此物体一定()A.静止B.做匀加速直线运动C.做匀速直线运动D.所受合力为零解析 物体处于平衡状态是指物体保持匀速直线运动或静止状态,其合力为零,加速度为零.选项D正确.答案 D3.一个重为20 N的物体置于光滑的水平面上,当用一个F=5 N的力竖直向上拉该物体时,如图所示,物体受到的合力为()A.15 N B.25 NC.20 ND.0解析 因竖直向上的拉力F小于物体的重力,故物体仍处于平衡状态,所受合力为零,故选项D正确.答案 D课堂篇课堂篇 探究学习探究学习探究一探究一

5、共点力的平衡条件共点力的平衡条件情境探究如图所示,人用手托着质量为m的苹果,沿水平方向以速度v匀速前进(苹果与手始终相对静止),苹果与手掌之间的动摩擦因数为.请思考:(1)甲同学认为苹果受重力、支持力和摩擦力三个力的作用,这种说法对吗?(2)乙同学认为苹果受重力和支持力,这种说法对吗?给出理由.要点提示 (1)不对.(2)对.因苹果在水平方向匀速运动,则其在重力和支持力的作用下处于平衡状态.知识点拨1.两种平衡情形(1)物体在共点力作用下处于静止状态.(2)物体在共点力作用下处于匀速直线运动状态.2.两种平衡条件的表达式(1)F合=0.3.由平衡条件得出的三个结论 4.验证共点力的平衡条件【实

6、验过程】取一个汇力圆环、三根一端带小钩的细绳、三个弹簧测力计,将三个小钩都钩在汇力圆环上.(1)如图甲所示,分别将弹簧测力计连接在三根细绳的末端,使汇力圆环在三根细绳的拉力作用下与平板上的定位圆重合.(2)用铅笔在平板上记下这三个拉力的大小和方向.(3)在平板上用力的图示法画出这三个力F1、F2、F3,如图乙所示.甲乙 (4)用力的平行四边形定则作出F1、F2的合力F,如图(a)所示,比较F与F3的大小和方向.作出F2、F3的合力F,如图(b)所示,或者作出F1、F3的合力F,如图(c)所示,然后将合力与另外一个力进行比较.(a) (b) (c) (5)在保证汇力圆环与定位圆重合的前提下,改变

7、三根细绳的拉力大小和方向,重复上述步骤.【实验结论】通过实验我们得到共点力平衡的条件是物体所受合力为零,即F合=0.实例引导例1某同学用如图装置“验证共点力的平衡条件”.弹簧测力计A挂于固定点P处,下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点,手持另一端向左拉,使结点O静止在某位置.分别读出弹簧测力计A和B的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向.(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图中A的示数为 N.(2)下列不必要的实验要求是.(请填写选项前的字母)A.应测量重物M所受的重力B.弹簧测力计应在使用前校零C.细线方向应与木板平面平行D.改变拉力,进行多次实验

8、,每次都要使O点静止在同一位置解析 (2)结点O平衡时,两测力计的拉力的合力应与重物M的重力大小相等、方向相反,所以需要测量重物M的重力,A正确;B、C是实验应有的注意事项;实验中只要求O点处于平衡状态,不必每次都处于同一位置,D错误.答案 (1)3.6(2)D 例2如图所示,物体A重400 N,A与桌面间的最大静摩擦力为120 N,AC绳水平,OC绳与竖直方向的夹角为30,当物体B重100 N时,求A所受的摩擦力.(g取10 m/s2)解析 结点C的受力如图所示,沿水平和竖直方向画出x轴和y轴,建立平面直角坐标系. 根据平衡条件得FCA-FCOsin 30=0FCOcos 30-mBg=0A

9、水平方向受到AC的拉力和桌面的静摩擦力的作用.根据二力平衡,A受到的静摩擦力大小为答案 57.7 N方向水平向右 规律方法处理平衡问题的“四步骤” 变式训练1关于躺在死海中悠闲地阅读的人处于平衡状态的说法,正确的是()A.该人一定不受力的作用B.该人一定没有加速度C.该人一定没有速度D.该人一定保持静止解析 该人受重力和浮力,二力平衡,A错误;处于平衡状态的人可能静止,也可能在水中匀速漂动(直线运动),因此C、D错误,B正确.答案 B探究二探究二解答共点力平衡问题的三种常用方法解答共点力平衡问题的三种常用方法情境探究如图所示,某人正在修理草坪,推力F与水平方向成角,割草机沿水平方向做匀速直线运

10、动,则割草机所受阻力的大小为多少?要点提示 割草机沿水平方向做匀速直线运动,四个力的合力为零,受力如图所示,则有f=Fcos .知识点拨求解共点力平衡问题的常用方法 方法内容选用条件分解法物体受到三个力的作用而平衡时,将某一个力按力的效果进行分解,则其分力和其他力在所分解的方向上满足平衡条件物体受三力平衡合成法物体受三个力作用而平衡时,其中任意两个力的合力必定跟第三个力等大、反向,可利用力的平行四边形定则,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解物体受三力平衡方法内容选用条件正交分解法将各力分解到x轴上和y轴上,运用两坐标轴方向上的合力等于零的条件 列式.值得注意的是x轴、y轴方向的选

11、择,应尽可能使较多的力落在x轴、y轴方向上,被分解的力尽可能是已知力,不宜分解待求力物体在三个或三个以上共点力作用下的平衡实例引导例3“风力仪”可直接测量风力的大小,其原理如图所示.仪器中一根轻质金属丝悬挂着一个金属球.无风时,金属丝竖直下垂;当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏离竖直方向一个角度.风力越大,偏角越大.通过传感器,就可以根据偏角的大小指示出风力的大小.求风力大小F跟金属球的质量m、偏角之间的关系.(重力加速度为g)解析 选取金属球为研究对象,它受到三个力的作用,如图甲所示.金属球处于平衡状态,这三个力的合力为零.可用以下三种方法求解.法一:合成法如图乙所示,风力F和拉力T的合力

12、与金属球所受的重力等大反向,由平行四边形定则可得F=mgtan .法二:分解法重力有两个作用效果,使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧,可以将金属球所受的重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解,如图丙所示,由几何关系可得F=F=mgtan .法三:正交分解法以金属球为坐标原点,取水平方向为x轴,竖直方向为y轴,建立坐标系,如图丁所示.由水平方向的合力Fx合和竖直方向的合力Fy合分别等于零,即Fx合=Tsin -F=0Fy合=Tcos -mg=0解得F=mgtan .答案 F=mgtan 规律方法力的合成与分解都遵从平行四边形定则,计算时要先根据要求按照力的平行四边形定则作出力的合成或力的分解的示意

13、图,再根据数学知识解三角形,主要是求解直角三角形.变式训练2(多选)如图所示,重物的质量为m,轻细绳AO和BO的A端、B端是固定的,平衡时AO是水平的,BO与水平方向的夹角为,重力加速度为g,AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小分别是()思路点拨正确作出受力分析图,可用多种方法解决. 甲 乙答案 BD 随堂检测随堂检测1.关于共点力,下列说法不正确的是()A.作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,这两个力是共点力B.作用在一个物体上的两个力,如果是一对平衡力,则这两个力是共点力C.作用在一个物体上的几个力,如果它们的作用点在同一点上,则这几个力是共点力D.作用在一个物体上的几个力,

14、如果它们的力的作用线交于同一点,则这几个力是共点力解析 共点力是几个力作用于一点或力的作用线交于一点的力.作用在同一物体上大小相等、方向相反的两个力不一定在同一条直线上,即不一定是共点力.如果受两个力且平衡的物体,所受的力一定是共点力,故A错误.答案 A2.物体在共点力作用下,下列说法正确的是()A.物体的速度在某一时刻等于零,就一定处于平衡状态B.物体相对另一物体保持静止时,一定处于平衡状态C.物体所受合力为零,就一定处于平衡状态D.物体做匀加速运动时,处于平衡状态解析 某一时刻速度为零的物体,受力不一定为零,故不一定处于平衡状态,选项A错误;物体相对于另一物体静止时,该物体不一定静止,如当

15、另一物体做变速运动时,该物体也做变速运动,此物体处于非平衡状态,故选项B错误;C选项符合平衡条件的判断,故选项C正确;物体做匀加速运动,所受合力不为零,故不是平衡状态,选项D错误.答案 C3.用轻弹簧竖直悬挂质量为m的木块,静止时弹簧伸长量为L,现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为2m的木块,系统静止时弹簧伸长量也为L.已知斜面倾角为30,如图所示,则木块所受摩擦力()A.等于零D.大小为mg,方向沿斜面向上 解析 对木块由平衡条件有F=mg,而F=kL,所以k= ;木块放在斜面上,由平衡条件有F+f-2mgsin 30=0,F=kL=mg,所以f=0,A正确.答案 A 4.重力为G的体操运动员在进行自由体操比赛时,有如图所示的比赛动作,当运动员竖直倒立保持静止状态时,两手臂对称支撑,夹角为,则()A.当=60时,运动员单手对地面的正压力大小为B.当=120时,运动员单手对地面的正压力大小为GC.当不同时,运动员受到的合力不同D.当不同时,运动员与地面之间的相互作用力不相等解析 在竖直方向上,对运动员受力分析如图所示,地面对手的支持力F1=F2= ,即运动员单手对地面的正压力大小为 ,与夹角无关,选项A正确,B错误;不管如何,运动员受到的合力都为零,与地面之间的相互作用力总相等,选项C、D错误.答案 A