54平衡条件的应用课件41(鲁科版必修1).ppt
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- 54 平衡 条件 应用 课件 41 鲁科版 必修
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1、1.1.某时刻速度等于零的物体一定处于平衡状态吗?举例说某时刻速度等于零的物体一定处于平衡状态吗?举例说明明.提示:提示:物体的瞬时速度为零与静止是不等价的,这时物体物体的瞬时速度为零与静止是不等价的,这时物体不一定处于平衡状态不一定处于平衡状态.例如,将物体竖直上抛,物体上升到例如,将物体竖直上抛,物体上升到最高点时,其瞬时速度为零,但物体并不能保持静止状态,最高点时,其瞬时速度为零,但物体并不能保持静止状态,物体在重力的作用下将向下运动物体在重力的作用下将向下运动.2.2.静态平衡的充要条件是什么?静态平衡的充要条件是什么?提示:提示:静态平衡的充要条件是合力为零、速度为零静态平衡的充要条
2、件是合力为零、速度为零.3.3.对应静态平衡,思考何为动态平衡?对应静态平衡,思考何为动态平衡?提示:提示:当物体做匀速直线运动时,速度不为零,但合力为当物体做匀速直线运动时,速度不为零,但合力为零,物体处于动态平衡状态零,物体处于动态平衡状态.此外,物理中的缓慢移动可认此外,物理中的缓慢移动可认为物体的移动速度很小,且速度变化不大可认为是匀速移为物体的移动速度很小,且速度变化不大可认为是匀速移动动.因此,习题中出现因此,习题中出现“缓慢移动缓慢移动”都可理解为物体处于动都可理解为物体处于动态平衡状态态平衡状态.4.4.静态平衡与动态平衡有何相同点,有何不同点?静态平衡与动态平衡有何相同点,有
3、何不同点?提示:提示:相同点是合力为零;不同点是静态平衡时物体保持相同点是合力为零;不同点是静态平衡时物体保持静止,速度为零,而动态平衡时速度不为零,且速度大小静止,速度为零,而动态平衡时速度不为零,且速度大小方向始终不变方向始终不变.研究对象的选取研究对象的选取(1)(1)问题中只有一个物体,一个过程,研究对象没有选择余地,问题中只有一个物体,一个过程,研究对象没有选择余地,就是研究这个物体和这个过程就是研究这个物体和这个过程.(2)(2)问题中是一个连接体,又有多个过程,先研究谁,再研究问题中是一个连接体,又有多个过程,先研究谁,再研究谁;是研究一个物体好还是研究多个物体好,这在审题中需谁
4、;是研究一个物体好还是研究多个物体好,这在审题中需要认真思考要认真思考.(3 3)原则:先被研究的应该是受力最简单、已知量足够多的,)原则:先被研究的应该是受力最简单、已知量足够多的,这样通过研究后又可将研究结果作为一个已知条件,为下一这样通过研究后又可将研究结果作为一个已知条件,为下一个研究创造条件个研究创造条件.【知识归纳【知识归纳】平衡状态的分析平衡状态的分析(1 1)从运动学角度分析:静态平衡状态,物体的速度)从运动学角度分析:静态平衡状态,物体的速度v=0v=0,物体的加速度物体的加速度a=0a=0;动态平衡状态,物体的速度;动态平衡状态,物体的速度v0v0,物体,物体的加速度的加速
5、度a=0.a=0.(2 2)从力学角度分析)从力学角度分析:处于平衡状态的物体不受力或虽然受力但合力为零处于平衡状态的物体不受力或虽然受力但合力为零.物体不物体不受力只是一种理想的情况受力只是一种理想的情况.典例典例1 1 如图所示,质量为如图所示,质量为m m的等边的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上三棱柱静止在水平放置的斜面上.已知三棱柱与斜面之间的动摩擦已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为因数为,斜面的倾角为,斜面的倾角为3030,则斜面对三棱柱的支持,则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为(力与摩擦力的大小分别为()A.A.和和 B.B.和和C.C.和和 D.D.和和3mg21mg23
6、mg21mg21mg21mg23mg23mg2解答本题需要把握以下两点:解答本题需要把握以下两点:(1 1)正确对物体受力分析)正确对物体受力分析.(2 2)灵活应用共点力的平衡条件求解)灵活应用共点力的平衡条件求解.【规范解答【规范解答】选选A.A.对三棱柱进行对三棱柱进行受力分析,受到重力受力分析,受到重力mgmg、支持力、支持力N N和静摩擦力和静摩擦力f f作用,如图所示作用,如图所示.由于三棱柱保持静止,处于平衡状态,所以根据平衡条件由于三棱柱保持静止,处于平衡状态,所以根据平衡条件可知,可知,故故A A正确正确.31Nmgcos30mgfmgsin30mg22 ,【变式备选】(【变
7、式备选】(20112011梅州高一检测)如图所示,梅州高一检测)如图所示,一倾斜木板上放一物体,当板的倾角一倾斜木板上放一物体,当板的倾角缓慢增大时,物体缓慢增大时,物体始终保持静止,则物体所受始终保持静止,则物体所受 ()A.A.支持力变大支持力变大B.B.摩擦力变大摩擦力变大C.C.合外力恒为零合外力恒为零D.D.合外力变大合外力变大【解析【解析】选选B B、C.C.以物体为研究对象,对物体受力分析,物以物体为研究对象,对物体受力分析,物体受到重力体受到重力G G、斜面的弹力、斜面的弹力N N、静摩擦力、静摩擦力f f作用,如图作用,如图.由于由于物体始终保持静止,处于平衡状态,所以物体所
8、受的合外物体始终保持静止,处于平衡状态,所以物体所受的合外力始终为零,力始终为零,C C正确,正确,D D错误;物体受错误;物体受三个力而平衡,任意两个力的合力与三个力而平衡,任意两个力的合力与第三个力等大反向,将第三个力等大反向,将N N与与f f合成,其合成,其合力合力F F与重力与重力G G等大反向等大反向.根据直角根据直角三角形的关系可得三角形的关系可得N=mgcosN=mgcos,f=mgsinf=mgsin.当板的倾角当板的倾角缓慢增大时,摩擦力变大,支持力变小,故缓慢增大时,摩擦力变大,支持力变小,故A A错误,错误,B B正确正确.1.1.如果运动物体在某个方向上平衡,是否意味
9、着物体在任如果运动物体在某个方向上平衡,是否意味着物体在任意方向上都平衡?意方向上都平衡?提示:提示:答案是否定的运动物体在某个方向上平衡,是指答案是否定的运动物体在某个方向上平衡,是指运动的物体在某一方向上合力为零,但在其他方向上合力运动的物体在某一方向上合力为零,但在其他方向上合力可以不为零,如果在某个方向上合力不为零,则在该方向可以不为零,如果在某个方向上合力不为零,则在该方向上物体就不处于平衡状态上物体就不处于平衡状态2.2.如果物体保持静止或匀速直线运动状态,物体在任意方如果物体保持静止或匀速直线运动状态,物体在任意方向上是否都平衡?向上是否都平衡?提示:提示:答案是肯定的如果物体保
10、持静止或匀速直线运动答案是肯定的如果物体保持静止或匀速直线运动状态,则物体处于平衡状态,由共点力作用下物体的平衡状态,则物体处于平衡状态,由共点力作用下物体的平衡条件可知物体受到的合力为零,即条件可知物体受到的合力为零,即F F合合0 0,则在任意方向上,则在任意方向上受到的合力也为零,即在任意方向上物体都平衡受到的合力也为零,即在任意方向上物体都平衡3 3从运动学角度和力学角度如何理解物体在某个方向的平从运动学角度和力学角度如何理解物体在某个方向的平衡?衡?提示:提示:从运动学角度看从运动学角度看,物体在某个方向的平衡是指物体在物体在某个方向的平衡是指物体在某一方向上加速度为零;从力学角度看
11、某一方向上加速度为零;从力学角度看,物体在某个方向的物体在某个方向的平衡是指物体在某一方向上合力为零平衡是指物体在某一方向上合力为零平衡问题的整体法和隔离法平衡问题的整体法和隔离法(1 1)“整体法整体法”:把整个系统作为一个研究对象来分析:把整个系统作为一个研究对象来分析(即当成一个质点来考虑)(即当成一个质点来考虑).(2 2)“隔离法隔离法”:把系统中各个部分(或某一部分)隔离:把系统中各个部分(或某一部分)隔离作为一个单独的研究对象来分析作为一个单独的研究对象来分析.物体在某方向的平衡物体在某方向的平衡1.1.定义:运动的物体在某一方向上合力为零时,在该方向定义:运动的物体在某一方向上
12、合力为零时,在该方向上处于平衡状态上处于平衡状态.2.2.结论:结论:(1 1)物体保持静止或匀速直线运动状态时,物体在任意方)物体保持静止或匀速直线运动状态时,物体在任意方向上都平衡向上都平衡.(2 2)物体在某一方向的平衡是指物体在某一方向上合力为)物体在某一方向的平衡是指物体在某一方向上合力为零或加速度为零零或加速度为零.典例典例2 2 如图所示,在与水平方向成如图所示,在与水平方向成角、角、大小为大小为F F的力作用下,质量为的力作用下,质量为m m的物块沿的物块沿竖直墙壁加速下滑,已知物块与墙壁间竖直墙壁加速下滑,已知物块与墙壁间的动摩擦因数为的动摩擦因数为.则下滑过程中物块所则下滑
13、过程中物块所受滑动摩擦力的大小为(受滑动摩擦力的大小为()A.mgA.mgB.(Fcos+mgB.(Fcos+mg)C.mg-FsinC.mg-Fsin D.FcosD.Fcos解答本题应关注以下三点:解答本题应关注以下三点:(1 1)对物体进行受力分析)对物体进行受力分析.(2 2)将各力沿运动方向和垂直于运动方向进行分解)将各力沿运动方向和垂直于运动方向进行分解.(3 3)物体所受各力沿垂直运动方向分力的合力为零,由此)物体所受各力沿垂直运动方向分力的合力为零,由此解方程解方程.【规范解答【规范解答】选选D.D.物块沿竖直墙壁加速下滑,在水平方向物块沿竖直墙壁加速下滑,在水平方向处于平衡状
14、态处于平衡状态,即受到的合力为零即受到的合力为零.物块的受力如图所示物块的受力如图所示.沿沿水平方向建立水平方向建立x x轴,沿竖直方向建立轴,沿竖直方向建立y y轴轴.根据平衡条件,沿根据平衡条件,沿x x轴的方向有:轴的方向有:N-FcosN-Fcos=0=0所以物块与墙壁的压力为:所以物块与墙壁的压力为:N=FcosN=Fcos物块与墙壁的滑动摩擦力为:物块与墙壁的滑动摩擦力为:f=N=Fcosf=N=Fcos.故只有故只有D D正确正确.【变式备选】(【变式备选】(20112011温州高一检测)如图,节日期温州高一检测)如图,节日期间小强站在水平河岸旁边欣赏风景,间小强站在水平河岸旁边
15、欣赏风景,他手中牵住一重为他手中牵住一重为10 N10 N的轻气球,由的轻气球,由于受水平风力的影响,系气球的轻绳于受水平风力的影响,系气球的轻绳与水平方向成与水平方向成3737角角.已知空气对气球已知空气对气球的浮力为的浮力为16 N16 N,小强重,小强重500 N500 N,小强受的浮力不计,小强受的浮力不计.求:求:(1 1)水平风力和绳子拉力的大小)水平风力和绳子拉力的大小.(sin37sin37=0.6 =0.6 cos37cos37=0.8=0.8)(2 2)小强对地面的压力大小)小强对地面的压力大小.(3 3)若水平风力增强,小强对地面的压力是否变化?请说)若水平风力增强,小强
16、对地面的压力是否变化?请说明理由明理由.【解析【解析】(1 1)以气球为研究对象,对气球进行受力分析,)以气球为研究对象,对气球进行受力分析,如图如图.竖直方向上竖直方向上:F:F浮浮=mg+Tsin37=mg+Tsin37水平方向上:水平方向上:F F风风=Tcos37=Tcos37解得解得T=10 N FT=10 N F风风=8 N=8 N(2)(2)以小强和气球整体为研究对象,以小强和气球整体为研究对象,进行受力分析,如图进行受力分析,如图.则竖直方向上则竖直方向上N=Mg+mgN=Mg+mg-F-F浮浮=494 N=494 N,则小强对地面的压力大小为则小强对地面的压力大小为494 N
17、.494 N.(3)(3)由(由(2 2)中对整体的受力分析图)中对整体的受力分析图可知,当水平风力增强时,小强对地面的压力不改变可知,当水平风力增强时,小强对地面的压力不改变.因此竖直方向上的受力情况没改变因此竖直方向上的受力情况没改变.答案:答案:(1 1)8 N 10 N 8 N 10 N (2 2)494 N 494 N (3 3)见解析)见解析典例典例3 3 如图所示,半圆形支架如图所示,半圆形支架BADBAD,两细绳两细绳OAOA和和OBOB结于圆心结于圆心O O,下悬重,下悬重为为G G的物体,使的物体,使OAOA绳固定不动,将绳固定不动,将OBOB绳的绳的B B端沿半圆支架从水
18、平位置缓慢移至竖直位置端沿半圆支架从水平位置缓慢移至竖直位置C C的过程的过程中,分析中,分析OAOA绳和绳和OBOB绳所受拉力的大小如何变化绳所受拉力的大小如何变化.【思路点拨【思路点拨】解答本题需要把握以下三点:解答本题需要把握以下三点:(1 1)确定研究对象并进行正确的受力分析)确定研究对象并进行正确的受力分析.(2 2)明确研究对象所受各力的特点,取大小方向不变的力)明确研究对象所受各力的特点,取大小方向不变的力作为合力,根据平衡条件进行分解作为合力,根据平衡条件进行分解(3 3)正确作出力的平行四边形,结合分力的变化范围进行)正确作出力的平行四边形,结合分力的变化范围进行讨论讨论.【
19、规范解答【规范解答】绳结点绳结点O O受重物的拉力受重物的拉力T T(T=GT=G,大小方向不,大小方向不变)、变)、OAOA绳和绳和OBOB绳的拉力绳的拉力T TA A、T TB B而保持平衡,根据平衡条件而保持平衡,根据平衡条件可将拉力可将拉力T T分解为分解为T TA A、T TB B反方向的力(如图所示)反方向的力(如图所示).OAOA绳固定,则绳固定,则T TA A的方向不变,的方向不变,在在OBOB向上靠近向上靠近OCOC的过程中,在的过程中,在B B1 1、B B2 2、B B3 3三个位置,两绳受三个位置,两绳受的力分别为的力分别为T TA1A1和和T TB1B1、T TA2A
20、2和和T TB2B2、T TA3A3和和T TB3B3.从图形上看出,从图形上看出,T TA A逐渐变小,逐渐变小,T TB B先减小后增先减小后增大,当大,当OBOB和和OAOA垂直时,垂直时,T TB B最小最小.答案:答案:逐渐减小逐渐减小 先减小后增大先减小后增大1.1.若一个物体处于平衡状态,则此物体一定是(若一个物体处于平衡状态,则此物体一定是()A.A.静止静止B.B.做匀速直线运动做匀速直线运动C.C.速度均匀变化速度均匀变化D.D.所有共点力的合力为零所有共点力的合力为零【解析【解析】选选D.D.平衡状态包括静止状态和匀速直线运动状态,平衡状态包括静止状态和匀速直线运动状态,
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