鲁科版高中物理必修1课件力的平衡课件1.ppt

1、第第3节节 力的平衡力的平衡第第4节节 平衡条件的应用平衡条件的应用1把一个力分解为两个力把一个力分解为两个力F1和和F2，已知合力，已知合力F40 N，分力，分力F1与合力与合力F的夹角为的夹角为30，若，若F2取某一取某一数值，可使数值，可使F1有两个大小不同的数值，则有两个大小不同的数值，则F2的取值的取值范围是范围是_精彩回眸精彩回眸解析解析：如图所示，当：如图所示，当F2Fsin3020 N的某的某一值时一值时(如图中如图中ACAD表示表示F2的大小的大小)，则，则F1必有必有两个解两个解(OC和和OD分别为分别为F1对应的值对应的值)但当但当F2逐渐逐渐增大到增大到F2F时，则时，

2、则F1便只有一个解了所以便只有一个解了所以F2的取的取值范围应为值范围应为20 NF240 N.答案答案：20 NF240 N2下列说法中表明物体处于平衡状态的是下列说法中表明物体处于平衡状态的是()A物体做匀速直线运动物体做匀速直线运动B物体做匀速圆周运动物体做匀速圆周运动C物体做匀加速直线运动物体做匀加速直线运动 D物体做匀变速直线运动物体做匀变速直线运动答案答案：A1共点力作用下物体的平衡条件共点力作用下物体的平衡条件(1)一个物体在力的作用下，保持一个物体在力的作用下，保持_或或_运动状态，则该物体处于平衡状态运动状态，则该物体处于平衡状态(2)共点力作用下物体的平衡条件是共点力作用下

3、物体的平衡条件是_，其，其数学表达式为数学表达式为F合合0.(3)作用在物体上的几个力的合力为零的情况，叫作用在物体上的几个力的合力为零的情况，叫做做_新知梳理新知梳理静止静止匀速直线匀速直线合力为零合力为零力的平衡力的平衡2平衡的种类和稳度平衡的种类和稳度(1)平衡的种类有平衡的种类有_、_、_(2)物体的稳定程度用物体的稳定程度用_来表示，稳度的大小由来表示，稳度的大小由_和和_两个因素决定重心越两个因素决定重心越_，支，支持面越持面越_，稳度就越大，稳度就越大不稳平衡不稳平衡稳定平衡稳定平衡随遇平衡随遇平衡重重心高低心高低支持面的大小支持面的大小低低大大稳度稳度对物体的平衡状态的理解对物

4、体的平衡状态的理解1从动力学的角度理解从动力学的角度理解：处于平衡状态的物体处于平衡状态的物体所受的合外力为零，反过来物体受到的合外力为所受的合外力为零，反过来物体受到的合外力为零，它一定处于平衡状态零，它一定处于平衡状态2从运动学的角度理解从运动学的角度理解平衡状态的物体处于静止或匀速直线运动状平衡状态的物体处于静止或匀速直线运动状态，此种状态其加速度为零即处于平衡状态的物态，此种状态其加速度为零即处于平衡状态的物体加速度为零，反过来加速度为零的物体一定处于体加速度为零，反过来加速度为零的物体一定处于平衡状态平衡状态3静态平衡与动态平衡静态平衡与动态平衡(1)静态平衡是处于静止状态的平衡，合

5、力为零静态平衡是处于静止状态的平衡，合力为零(2)动态平衡是匀速直线运动状态的平衡，合力为零动态平衡是匀速直线运动状态的平衡，合力为零4平衡状态和平衡条件不同平衡状态和平衡条件不同(1)平衡状态指物体的匀速直线运动或静止状态，平衡平衡状态指物体的匀速直线运动或静止状态，平衡条件是指要使物体保持平衡状态时，作用在物体上的力要条件是指要使物体保持平衡状态时，作用在物体上的力要满足的条件满足的条件(2)力的平衡是作用在同一物体上的几个力所满足的一力的平衡是作用在同一物体上的几个力所满足的一种关系，物体的平衡是物体所处的一种状态力的平衡是种关系，物体的平衡是物体所处的一种状态力的平衡是物体平衡的条件，

6、物体平衡是力的平衡的结果物体平衡的条件，物体平衡是力的平衡的结果特别提醒特别提醒：(1)速度速度v0，合力，合力F合合0，物体，物体处于平衡状态处于平衡状态(2)速度速度v0的时刻，的时刻，F合合0，物体不是处于平，物体不是处于平衡状态衡状态1共点的五个力平衡，则下列说法中不正确共点的五个力平衡，则下列说法中不正确的是的是()A其中四个力的合力与第五个力等大反向其中四个力的合力与第五个力等大反向B其中三个力的合力与其余的两个力的合力其中三个力的合力与其余的两个力的合力等大反向等大反向C五个力合力为零五个力合力为零D撤去其中的三个力，物体一定不平衡撤去其中的三个力，物体一定不平衡解析解析：五个共

7、点力平衡，则五个力合力为零，：五个共点力平衡，则五个力合力为零，选项选项A、B、C正确撤去其中三个力，剩余两力，正确撤去其中三个力，剩余两力，有可能合力仍为零，则有可能合力仍为零，则D项错误项错误答案答案：D共点力的平衡条件及应用共点力的平衡条件及应用1平衡条件平衡条件(1)二力平衡条件：这两个共点力大小相等、方二力平衡条件：这两个共点力大小相等、方向相反向相反(2)三个力平衡条件：三个共点力平衡时，其中三个力平衡条件：三个共点力平衡时，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反，而且在同一条直线上相反，而且在同一条直线上(3)物体在物体在

8、n个共点力同时作用下处于平衡状态个共点力同时作用下处于平衡状态时，这些力在任何一个方向上的合力均为零其中时，这些力在任何一个方向上的合力均为零其中任意任意(n1)个力的合力必定与第个力的合力必定与第n个力等值反向，作个力等值反向，作用在同一直线上用在同一直线上(4)共点力的平衡条件：共点力的平衡条件：如果共点力的合力为零，则在两个相互垂直的方如果共点力的合力为零，则在两个相互垂直的方向上合力也分别为零，即向上合力也分别为零，即Fx合合0，Fy合合0.2应用平衡条件解题的步骤应用平衡条件解题的步骤(1)明确研究对象明确研究对象(物体、质点或绳的结点等物体、质点或绳的结点等)(2)对研究对象进行受

9、力分析对研究对象进行受力分析(3)建立合适的坐标系，应用共点力的平衡条件，建立合适的坐标系，应用共点力的平衡条件，选择恰当的方法列出平衡方程及关联方程选择恰当的方法列出平衡方程及关联方程(4)求解方程，并讨论结果求解方程，并讨论结果特别提醒特别提醒：(1)物体在多个共点力作用下处于平物体在多个共点力作用下处于平衡状态时，各力首尾相接必构成一个封闭的多边形衡状态时，各力首尾相接必构成一个封闭的多边形(2)若多个共点力首尾相接能构成封闭的多边形，若多个共点力首尾相接能构成封闭的多边形，则物体一定处于平衡状态则物体一定处于平衡状态2如图如图53、41所示，质量为所示，质量为m的物体受到的物体受到推力

10、推力F作用，沿水平方向做匀速直线运动，已知推力作用，沿水平方向做匀速直线运动，已知推力F与水平面的夹角为与水平面的夹角为，物体与地面间的动摩擦因数，物体与地面间的动摩擦因数为为，则物体所受的摩擦力大小为，则物体所受的摩擦力大小为 ()AFcos BmgCFsin D(mgFsin)图图53、41解析解析：物体匀速直线运动，：物体匀速直线运动，处于平衡状态物体在运动过程处于平衡状态物体在运动过程中受力如图，由平衡条件可知：中受力如图，由平衡条件可知：fFcos，A正确由公式正确由公式fN可知：可知：f(mgFsin)，故，故D正正确确B、C均不正确均不正确答案答案：AD1合成法与分解法合成法与分

11、解法对于三力平衡问题，一般根据对于三力平衡问题，一般根据“任意两个力的合任意两个力的合力与第三个力等大反向力与第三个力等大反向”的关系，借助三角函数、相的关系，借助三角函数、相似三角形等手段求解；或将某一个力分解到另外两似三角形等手段求解；或将某一个力分解到另外两个力的反方向上，得到的这两个力必定与另外两个个力的反方向上，得到的这两个力必定与另外两个力等大力等大处理共点力平衡时常用的方法处理共点力平衡时常用的方法2正交分解法正交分解法物体所受的合力为零，则在任一方向上物体所物体所受的合力为零，则在任一方向上物体所受的合力都为零，如果把物体所受的各个力进行正受的合力都为零，如果把物体所受的各个力

12、进行正交分解，则共点力作用下物体的平衡条件还可以表交分解，则共点力作用下物体的平衡条件还可以表示为：示为：Fx合合0，Fy合合0.3相似三角形法：相似三角形法：通常是寻找一个矢量三角形通常是寻找一个矢量三角形与一个结构与一个结构(几何几何)三角形相似三角形相似图图53、424矢量三角形法矢量三角形法物体受同一平面内三个互不平物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时，这三个力的矢行的力作用平衡时，这三个力的矢量箭头首尾相接量箭头首尾相接(如图如图53、42所示所示)，构成一个矢量三角形，反，构成一个矢量三角形，反之，若三个力的矢量箭头首尾相接恰好构成三角形，之，若三个力的矢量箭头首尾相接恰好构

13、成三角形，则这三个力的合力必为零，利用三角形法，根据正弦则这三个力的合力必为零，利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力矢量三角形作图分析法，优点是直观、简便，但力矢量三角形作图分析法，优点是直观、简便，但它仅适于解决三力平衡问题它仅适于解决三力平衡问题 特别提醒特别提醒：(1)正交分解法主要解决三个及三个以正交分解法主要解决三个及三个以上共点力平衡问题，将矢量运算转化为代数运算上共点力平衡问题，将矢量运算转化为代数运算(2)相似三角形法适用于求解力的矢量三角形是一般形相似三角形法适用于求解力的矢量三角形是一般形状的三

14、角形问题状的三角形问题3在固定的斜面上有一质量为在固定的斜面上有一质量为m2 kg的物体，的物体，如图如图53、43所示，当用水平力所示，当用水平力F20 N推物体时，推物体时，物体沿斜面匀速上升，若物体沿斜面匀速上升，若30，求物体与斜面间，求物体与斜面间的动摩擦因数的动摩擦因数(g取取10 m/s2)图图53、43解析解析：对物体受力分析如下图所示，由平衡条：对物体受力分析如下图所示，由平衡条件得：件得：在在y轴方向上有：轴方向上有：NmgcosFsin 在在x轴方向上有：轴方向上有：Fcosmgsinf 又因为又因为fN 答案答案：0.27对平衡状态的理解对平衡状态的理解【典例典例1】物

15、体在共点力作用下，下列说法物体在共点力作用下，下列说法中正确的是中正确的是 ()A物体的速度在某一时刻等于零时，物体物体的速度在某一时刻等于零时，物体就一定处于平衡状态就一定处于平衡状态B物体相对另一个物体保持静止时，物体一物体相对另一个物体保持静止时，物体一定处于平衡状态定处于平衡状态C随匀速上升的传送带一起向上运动的物随匀速上升的传送带一起向上运动的物体处于平衡状态体处于平衡状态D竖直弹簧上端固定，下端挂一个重物，竖直弹簧上端固定，下端挂一个重物，平衡后用力平衡后用力F将它拉下一段距离后突然撤去力将它拉下一段距离后突然撤去力F，重物仍然处于平衡状态重物仍然处于平衡状态思路分析思路分析：依据

16、物体平衡的本质特征，即加速度：依据物体平衡的本质特征，即加速度为零或合外力为零进行分析判断为零或合外力为零进行分析判断解析解析：处于平衡状态的物体，从运动形式上是处：处于平衡状态的物体，从运动形式上是处于静止或匀速直线运动状态，即加速度等于零；从受于静止或匀速直线运动状态，即加速度等于零；从受力上来看，物体所受合力为零若某一时刻速度为零力上来看，物体所受合力为零若某一时刻速度为零的物体，加速度不一定为零，则物体不一定处于平衡的物体，加速度不一定为零，则物体不一定处于平衡状态，选项状态，选项A错误；物体相对于另一物体静止时，该错误；物体相对于另一物体静止时，该物体不一定处于平衡状态，如当另一物体

17、做变速运动物体不一定处于平衡状态，如当另一物体做变速运动时，该物体也做相同的变速运动，加速度不为零，则时，该物体也做相同的变速运动，加速度不为零，则此物体处于非平衡状态，故选项此物体处于非平衡状态，故选项B错误；物体随传送错误；物体随传送带一起匀速运动，加速度为零，物体处于平衡状态，带一起匀速运动，加速度为零，物体处于平衡状态，选项选项C正确；弹簧上挂的重物，在力正确；弹簧上挂的重物，在力F撤去后会在弹撤去后会在弹簧拉力作用下产生向上的加速度，故不处于平衡状簧拉力作用下产生向上的加速度，故不处于平衡状态，则选项态，则选项D错误由以上分析可知，本题正确选项错误由以上分析可知，本题正确选项为为C.

18、答案答案：C 反思领悟反思领悟：物体是否处于平衡状态要由物体所：物体是否处于平衡状态要由物体所受的合力或加速度是否为零来加以判断，万万不可受的合力或加速度是否为零来加以判断，万万不可认为物体在某时刻的速度为零就是处于平衡状认为物体在某时刻的速度为零就是处于平衡状态同时，处于平衡状态的物体可分为不稳定平衡、态同时，处于平衡状态的物体可分为不稳定平衡、稳定平衡和随遇平衡三种稳定平衡和随遇平衡三种下列物体中处于平衡状态的是下列物体中处于平衡状态的是()A静止在粗糙斜面上的物体静止在粗糙斜面上的物体B沿光滑斜面下滑的物体沿光滑斜面下滑的物体C在平直路面上匀速行驶的汽车在平直路面上匀速行驶的汽车D做自由

19、落体运动的物体在刚开始下落的一做自由落体运动的物体在刚开始下落的一瞬间瞬间解析解析：在共点力的作用下，物体如果处于平衡：在共点力的作用下，物体如果处于平衡状态，则该物体必同时具有以下两个特点：从运动状态，则该物体必同时具有以下两个特点：从运动状态来说，物体保持静止或者匀速直线运动，加速状态来说，物体保持静止或者匀速直线运动，加速度为零；从受力情况来说，合力为零物体在某一度为零；从受力情况来说，合力为零物体在某一时刻的速度为零，并不等同于这个物体保持静止，时刻的速度为零，并不等同于这个物体保持静止，如果物体所受的合力不为零，它的运动状态就要发如果物体所受的合力不为零，它的运动状态就要发生变化，在

20、下一个瞬间就不再是静止的了，所以物生变化，在下一个瞬间就不再是静止的了，所以物体是否处于平衡状态要由物体所受的合外力和加速体是否处于平衡状态要由物体所受的合外力和加速度判断，而不能认为物体某一时刻速度为零，就是度判断，而不能认为物体某一时刻速度为零，就是处于平衡状态，本题的正确选项应为处于平衡状态，本题的正确选项应为A、C.答案答案：AC物体平衡条件的应用物体平衡条件的应用【典例典例2】如图如图53、44所示，质量为所示，质量为30 kg的小孩坐在的小孩坐在10 kg的雪橇上，大人用与水平方向的雪橇上，大人用与水平方向成成37斜向上的大小为斜向上的大小为100 N的拉力拉雪橇，使雪的拉力拉雪橇

21、，使雪橇沿水平地面做匀速运动已知橇沿水平地面做匀速运动已知sin370.6，cos370.8.求：求：图图53、44(1)雪橇对地面的压力大小；雪橇对地面的压力大小；(2)雪橇与水平地面间的动摩擦因数的大小雪橇与水平地面间的动摩擦因数的大小思路分析思路分析：应用平衡条件解题的步骤，选取研：应用平衡条件解题的步骤，选取研究对象，受力分析，列方程求解究对象，受力分析，列方程求解解析解析：(1)将小孩和雪橇作将小孩和雪橇作为整体进行受力分析，如右图为整体进行受力分析，如右图所示所示将拉力将拉力F沿着水平方向和竖沿着水平方向和竖直方向进行正交分解，有直方向进行正交分解，有FxFcos，FyFsin由于

22、雪橇做匀速直线运动，满足物体平衡的条件，由于雪橇做匀速直线运动，满足物体平衡的条件，则在竖直方向上受力平衡，有则在竖直方向上受力平衡，有FsinNmg解得解得NmgFsin340 N，即地面对雪橇的支持，即地面对雪橇的支持力为力为340 N.根据力的相互性可得，雪橇对地面的压力与地面对根据力的相互性可得，雪橇对地面的压力与地面对雪橇的支持力大小相等，方向相反，所以雪橇对地面的雪橇的支持力大小相等，方向相反，所以雪橇对地面的压力为压力为340 N.(2)由于雪橇水平方向上受力平衡，有由于雪橇水平方向上受力平衡，有Fcosf0解得：解得：f100cos37 N80 N答案答案：(1)340 N(2

23、)0.24反思领悟反思领悟：处理平衡问题的关键是正确地进行受：处理平衡问题的关键是正确地进行受力分析和应用平衡条件列方程求解，列方程时可以有力分析和应用平衡条件列方程求解，列方程时可以有多种方法，应根据条件灵活选用当物体受到三个以多种方法，应根据条件灵活选用当物体受到三个以上的力作用时，一般采用正交分解法较为简便上的力作用时，一般采用正交分解法较为简便 用轻弹簧竖直悬挂质量为用轻弹簧竖直悬挂质量为m的物体，静止时弹簧的物体，静止时弹簧伸长量为伸长量为L.现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为2m的物的物体，系统静止时弹簧伸长量也为体，系统静止时弹簧伸长量也为L，斜面倾角为

24、，斜面倾角为30，如图如图53、45所示则物体所受摩擦力所示则物体所受摩擦力()图图53、45解析解析：由题意可知竖直悬挂时：由题意可知竖直悬挂时mgkL.拉质量为拉质量为2m的物体时，设物体所受摩擦力大小为的物体时，设物体所受摩擦力大小为f，由平衡条，由平衡条件得沿斜面方向，有件得沿斜面方向，有2mgsin30kLf，解得，解得f0，故选项故选项A正确，正确，B、C、D错误错误答案答案：A动态平衡问题动态平衡问题【典例典例3】如图如图53、46所示，半圆形支架所示，半圆形支架BAD上悬挂着两细绳上悬挂着两细绳OA和和OB，结于圆心，结于圆心O，下悬挂，下悬挂重为重为G的物体，使的物体，使 绳

25、绳OA固定不动，在将绳固定不动，在将绳OB的的B端端沿半圆支架从水平位置逐渐移至竖直位置沿半圆支架从水平位置逐渐移至竖直位置C的过程的过程中，分析绳中，分析绳OA和绳和绳OB所受力的大小如何变化所受力的大小如何变化图图53、46解析解析：由于绳受重物的拉力：由于绳受重物的拉力F才才使绳使绳OA和和OB受到拉力，拉力受到拉力，拉力F的大的大小等于重力，方向竖直向下将拉小等于重力，方向竖直向下将拉力力F分解为分解为FA和和FB，如右图所示，如右图所示.绳绳OA固定，则固定，则FA的方向不变，的方向不变，绳绳OB向上靠近向上靠近OC的过程中，在的过程中，在B1、B2、B3三个位置两绳受到的力分别三个

26、位置两绳受到的力分别为为FA1和和FB1、FA2和和FB2、FA3和和FB3.由由图可以看出，图可以看出，FA逐渐变小，而逐渐变小，而FB却却是先减小，后增大，当是先减小，后增大，当OB和和OA垂直垂直时，时，FB最小最小答案答案：绳：绳OA所受的力一直减小绳所受的力一直减小绳OB所受的所受的力先变小，后变大力先变小，后变大反思领悟反思领悟：(1)在动态分析的定性判断中，运用在动态分析的定性判断中，运用图解法求解显得尤为直观、简捷，但此方法只适用图解法求解显得尤为直观、简捷，但此方法只适用于三个共点力作用下的平衡问题；于三个共点力作用下的平衡问题；(2)画动态的平行四边形时，一定要明确合力和画

27、动态的平行四边形时，一定要明确合力和分力谁变、谁不变、什么因素在变分力谁变、谁不变、什么因素在变如图如图53、47所示，重为所示，重为G的光滑小球静止的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间若挡板逆时针缓慢转在固定斜面和竖直挡板之间若挡板逆时针缓慢转到水平位置，在该过程中，斜面和挡板对小球的弹到水平位置，在该过程中，斜面和挡板对小球的弹力的大小力的大小F1、F2分别如何变化？分别如何变化？图图53、47解析解析：由于挡板是缓慢转动的，可以：由于挡板是缓慢转动的，可以认为每个时刻小球都处于静止认为每个时刻小球都处于静止 状态，因此状态，因此所受合力为零应用三角形法则，所受合力为零应用三角形法则，G

28、、F1、F2三个矢量应组成封闭三角形，其中三个矢量应组成封闭三角形，其中G的大的大小、方向始终保持不变；小、方向始终保持不变；F1的方向不变；的方向不变；F2的起点在的起点在G的终点处，而终点必须在的终点处，而终点必须在F1所在所在的直线上由右图可知，挡板逆时针转动的直线上由右图可知，挡板逆时针转动90过程中，过程中，F2矢量也逆时针转动矢量也逆时针转动90.因因此此F1逐渐变小，逐渐变小，F2先变小后变大先变小后变大(当当F2F1，即挡板与斜面垂直时，即挡板与斜面垂直时，F2最小最小)答案答案：F1一直减小，一直减小，F2先减小后增大先减小后增大创新拓展创新拓展【例例4】如图如图53、48所

29、示，所示，AC、BC两轻杆两轻杆通过绞链与墙相接轻杆通过绞链与墙相接轻杆AC长长30 cm，轻杆，轻杆BC长长40 cm，A、B两点间距离为两点间距离为50 cm.在节点在节点C上挂一个重上挂一个重80 N的物体，求杆的物体，求杆AC、BC上受的是压力还是拉力，上受的是压力还是拉力，受力大小分别是多少？受力大小分别是多少？图图53、48解析解析：重物静止时对：重物静止时对C点的拉力点的拉力FG，且力，且力F产产生两个效果：对生两个效果：对AC杆的拉杆的拉力力FAC，对，对BC杆的压力杆的压力FBC.依力的平行四边形定则作出依力的平行四边形定则作出受受 力示意图，如右图所力示意图，如右图所示示答案答案：AC杆受拉力，大小为杆受拉力，大小为48 N；BC杆受压力，杆受压力，大小为大小为64 N