《物理魯科必修1：6.3《力的平衡》6.4《平衡條件的應(yīng)用》》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理魯科必修1：6.3《力的平衡》6.4《平衡條件的應(yīng)用》（54頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入物理課堂 第3節(jié)力的平衡第4節(jié)平衡條件的應(yīng)用 目標(biāo)導(dǎo)航1 知道平衡狀態(tài)和共點(diǎn)力的平衡條件 2 知道穩(wěn)度的概念和影響穩(wěn)度大小的因素 3 會(huì)利用共點(diǎn)力平衡的條件解答平衡問題 重點(diǎn) 難點(diǎn) 了解靜態(tài)平衡 物體在某方向的平衡 4 共點(diǎn)力作用下物體的平衡及平衡條件 共點(diǎn)力作用下物體平衡條件的應(yīng)用 重點(diǎn) 一 共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件1 平衡狀態(tài) 物體保持 或 狀態(tài) 2 共點(diǎn)力的平衡條件 為零 即F合 0 3 力的平衡 作用在物體上的幾個(gè)力的 這種情況叫力的平衡 靜止 合力 合力為零 想一想1 將物體以一定的初速度豎直向上拋出 物體運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的瞬間 速度為零 物體處于平衡狀態(tài)嗎 提示 物體到達(dá)最高點(diǎn)時(shí) 速度為零 仍受重力作用 物體不處于平衡狀態(tài) 二 平衡的種類和穩(wěn)度1 平衡的種類 如圖 1 A位置的平衡是 平衡 2 B位置的平衡是 平衡 3 C位置的平衡是 平衡 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 隨遇 2 穩(wěn)度及影響穩(wěn)度的因素 1 穩(wěn)度 物體的 2 影響因素 重心的 重心越低 穩(wěn)度 支持面的 支持面越大 穩(wěn)度 穩(wěn)定程度 高低 越大 大小 越大 想一想2 把一支鉛筆如圖所示放在手指上能平衡 在筆的兩頭插入兩個(gè)馬鈴薯 或粘上兩塊橡皮泥 如圖所示 再放在手指上也能平衡 這兩種情況穩(wěn)度相同嗎 提示 前者是不穩(wěn)定平衡 穩(wěn)度小 后者是重心降低 穩(wěn)度變大 三 平衡條件的應(yīng)用1 物體的靜態(tài)平衡 物體所受力的 為零 處于 的平衡狀態(tài) 2 物體在某方向的平衡 運(yùn)動(dòng)的物體在某一方向上 為零時(shí) 在該方向上處于平衡狀態(tài) 合力 靜止 合力 學(xué)案導(dǎo)引1 物體的速度為零時(shí)是否一定處于平衡狀態(tài) 2 物體的平衡與力的平衡有什么關(guān)系 3 怎樣判斷物體是否處于平衡狀態(tài) 1 平衡狀態(tài) 物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2 兩種典型的平衡狀態(tài) 1 靜止?fàn)顟B(tài) 2 勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 3 平衡條件 1 二力平衡的條件 物體所受的兩個(gè)力大小相等 方向相反 合力為零 2 多個(gè)共點(diǎn)力的平衡條件 合力為零 F合 0 3 力的平衡 作用在物體上的幾個(gè)力的合力為零 4 對(duì)物體的平衡狀態(tài)的理解物體的平衡狀態(tài)分為靜態(tài)平衡 物體保持靜止 和動(dòng)態(tài)平衡 物體做勻速直線運(yùn)動(dòng) 兩種形式 1 區(qū)別 物體的加速度和速度都為零的狀態(tài)叫做靜止?fàn)顟B(tài) 物體的加速度為零 而速度不為零且保持不變的狀態(tài)是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2 聯(lián)系 靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡的共同點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變 加速度為零 特別提醒 1 物體的速度等于零不同于靜止 它的瞬時(shí)速度為零 而此時(shí)物體合外力可能不為零 物體不平衡 2 物體靜止時(shí)v 0 a 0處于平衡狀態(tài) 下列關(guān)于共點(diǎn)力的平衡與平衡條件的說法中正確的是 A 如果物體的運(yùn)動(dòng)速度為零 則必處于平衡狀態(tài)B 如果物體的運(yùn)動(dòng)速度大小不變 則必處于平衡狀態(tài)C 如果物體處于平衡狀態(tài) 則物體沿任意方向的合力都必為零 D 如果物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài) 則任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等 方向相同 思路點(diǎn)撥 處于平衡狀態(tài)的物體 在運(yùn)動(dòng)形式上是處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng) 從受力上來看是所受合外力為零 精講精析 物體運(yùn)動(dòng)速度為零時(shí)不一定處于靜止?fàn)顟B(tài) A選項(xiàng)錯(cuò) 物體運(yùn)動(dòng)速度大小不變 方向變化時(shí) 不是做勻速直線運(yùn)動(dòng) 一定不是處于平衡狀態(tài) B選項(xiàng)錯(cuò) 物體處于平衡狀態(tài)時(shí) 合力為零 物體沿任意方向的合力都必為零 C選項(xiàng)正確 任意兩個(gè)共點(diǎn)力的合力與第三個(gè)力等大反向 合力為零 物體處于平衡狀態(tài) D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 C 變式訓(xùn)練1 下列物體處于平衡狀態(tài)的是 A 沿斜面勻速上升的物體B 蕩秋千的小孩到達(dá)最高點(diǎn)的瞬間C 神舟號(hào)飛船返回艙打開降落傘后減速下落D 勻速降落的跳傘運(yùn)動(dòng)員 解析 選AD 沿斜面勻速上升的物體和勻速降落的跳傘運(yùn)動(dòng)員所受合力為零 處于平衡狀態(tài) 故選項(xiàng)A D正確 蕩秋千的小孩到達(dá)最高點(diǎn)的瞬間 速度為零 但合力不為零 不是平衡狀態(tài) 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 神舟號(hào)飛船返回艙打開降落傘后減速下落的過程合力不為零 不是平衡狀態(tài) 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 學(xué)案導(dǎo)引1 平衡的種類有幾種 2 重心高度與平衡種類的關(guān)系 1 平衡的種類 1 穩(wěn)定平衡物體受到外力的微小擾動(dòng)而偏離平衡位置 物體重心升高 在重力作用下能自動(dòng)回到原平衡位置 繼續(xù)保持平衡狀態(tài)的平衡 如圖中B位置的小球 2 不穩(wěn)定平衡物體受到外力的微小擾動(dòng)而偏離平衡位置 物體的重心降低 在重力作用下失去平衡且不能重新回到原平衡位置的平衡 如圖中A位置的小球 3 隨遇平衡物體受到外力的微小擾動(dòng)而偏離平衡位置后 物體的重心既不升高也不降低 始終保持平衡狀態(tài)的平衡 如圖中C位置的小球 小球在水平面上的平衡 2 穩(wěn)度平放的磚和豎放的磚都處于穩(wěn)定平衡狀態(tài) 稍微離開平衡位置 重心都升高 但是它們的穩(wěn)定程度不同 豎放的磚容易翻倒 而平放的磚不容易翻倒 1 穩(wěn)度 物體的穩(wěn)定程度 2 影響穩(wěn)度大小的因素 物體的穩(wěn)度大小由重心的高低和支持面的大小兩個(gè)因素決定 重心越低 支持面越大 穩(wěn)度就越大 3 重心高度變化與平衡種類之間的關(guān)系使物體稍微偏離原來的平衡狀態(tài) 物體的重心位置在豎直方向上的變化與物體處于何種平衡之間的關(guān)系如下 如圖所示的甲 乙 丙三個(gè)圓錐體 當(dāng)它們偏離平衡位置時(shí)重心高度如何變化 分別處于什么類型的平衡 思路點(diǎn)撥 依據(jù)重心高度與平衡種類的關(guān)系解題 精講精析 圖中甲偏離平衡位置時(shí) 重心將降低 故不能自動(dòng)回到平衡位置 屬不穩(wěn)定平衡 乙中圓錐當(dāng)稍微偏離平衡位置時(shí)能夠在重力作用下自動(dòng)回到平衡位置 屬于穩(wěn)定平衡 丙中圓錐偏離平衡位置后 重心高度不變 故是隨遇平衡 答案 偏離平衡位置時(shí)重心高度變化 甲圖降低 乙圖升高 丙圖不變平衡類型 甲 不穩(wěn)定平衡 乙 穩(wěn)定平衡 丙 隨遇平衡 陷阱防范 物體是否處于平衡狀態(tài)要由物體所受的合力或加速度是否為零來加以判斷 萬萬不可認(rèn)為物體在某時(shí)刻的速度為零就是處于平衡狀態(tài) 同時(shí) 處于平衡狀態(tài)的物體可分為不穩(wěn)定平衡 穩(wěn)定平衡和隨遇平衡三種 變式訓(xùn)練2 如圖所示 羽毛球A B C以不同方式放置在水平桌面上 則A B C分別屬于哪類平衡 A 不穩(wěn)定平衡 隨遇平衡 穩(wěn)定平衡B 穩(wěn)定平衡 不穩(wěn)定平衡 隨遇平衡C 隨遇平衡 穩(wěn)定平衡 不穩(wěn)定平衡D 穩(wěn)定平衡 隨遇平衡 不穩(wěn)定平衡 解析 選B 當(dāng)羽毛球稍微偏離平衡位置時(shí) A球的重心會(huì)升高 能自動(dòng)回到原來的平衡位置 繼續(xù)保持平衡狀態(tài) 屬于穩(wěn)定平衡 B球的重心會(huì)降低 會(huì)失去平衡 不能重新回到原平衡位置 屬于不穩(wěn)定平衡 C球的重心既不升高也不降低 始終保持平衡狀態(tài) 屬于隨遇平衡 所以選項(xiàng)B正確 學(xué)案導(dǎo)引1 選用整體法時(shí)能分析物體間的作用力嗎 2 選用整體法或隔離法的原則是什么 1 應(yīng)用平衡條件解題的步驟 1 明確研究對(duì)象 物體 質(zhì)點(diǎn)或繩的結(jié)點(diǎn)等 2 對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析 3 建立合適的坐標(biāo)系 應(yīng)用共點(diǎn)力的平衡條件 選擇恰當(dāng)?shù)姆椒谐銎胶夥匠?4 求解方程 并討論結(jié)果 2 整體法和隔離法的比較 1 隔離法為了弄清系統(tǒng) 連接體 內(nèi)某個(gè)物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況 一般可以采用隔離法 運(yùn)用隔離法解題的基本步驟 明確研究對(duì)象或過程 狀態(tài) 將某個(gè)研究對(duì)象或某段運(yùn)動(dòng)過程 某個(gè)狀態(tài)從全過程中隔離出來 畫出某狀態(tài)下的受力圖或運(yùn)動(dòng)過程示意圖 選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解 特別提醒 一般情況下 整體法和隔離法是結(jié)合在一起使用的 若選單個(gè)物體作研究對(duì)象主要解決相互作用力問題 單個(gè)物體的選取應(yīng)選與外界接觸的個(gè)數(shù)最少的物體 2012 南京高一檢測(cè) 在光滑墻壁上用網(wǎng)兜把足球掛在A點(diǎn) 足球與墻壁的接觸點(diǎn)為B 足球的質(zhì)量為m 懸繩與墻壁的夾角為 網(wǎng)兜的質(zhì)量不計(jì) 求懸繩對(duì)球的拉力和墻壁對(duì)球的支持力 審題指導(dǎo) 本題屬于三力平衡 可以根據(jù)任意兩個(gè)力的合力與第三力等大反向求解 也可以根據(jù)力的三角形求解 還可以用正交分解法求解 精講精析 取足球作為研究對(duì)象 它共受到三個(gè)力的作用 重力G mg 方向豎直向下 墻壁的支持力F1 方向水平向右 懸繩的拉力F2 方向沿繩的方向 這三個(gè)力一定是共點(diǎn)力 重力的作用點(diǎn)在球心O點(diǎn) 支持力F1沿球的半徑方向 G和F1的作用線必交于球心O點(diǎn) 則F2的作用線必過O點(diǎn) 既然是三力平衡 可以根據(jù)任意兩力的合力與第三力等大 反向求解 可以根據(jù)力的三角形求解 也可用正交分解法求解 法一 用合成法取足球作為研究對(duì)象 它們受重力G mg 墻壁的支持力F1和懸繩的拉力F2三個(gè)共點(diǎn)力作用而平衡 如圖所示 由共點(diǎn)力平衡的條件可知 F1和F2的合力F與G大小相等 方向相反 即F G 從圖中力的平行四邊形可求得 F1 Ftan mgtan F2 F cos mg cos 法二 用分解法取足球?yàn)檠芯繉?duì)象 其受重力G 墻壁支持力F1 懸繩的拉力F2 如圖所示 將重力G分解為F1 和F2 由共點(diǎn)力平衡條件可知 F1與F1 的合力必為零 F2與F2 的合力也必為零 所以F1 F1 mgtan F2 F2 mg cos 法四 用正交分解法求解取足球作為研究對(duì)象 受三個(gè)力作用 重力G 墻壁的支持力F1 懸繩拉力F2 如圖所示 取水平方向?yàn)閤軸 豎直方向?yàn)閥軸 將F2分別沿x軸和y軸方向進(jìn)行分解 由平衡條件可知 在x軸和y軸方向上的合力Fx合和Fy合應(yīng)分別等于零 即 Fx合 F1 F2sin 0 Fy合 F2cos G 0 由上述兩式解得 F2 G cos mg cos F1 F2sin mgtan 規(guī)律總結(jié) 選擇不同的方法 平衡條件的表達(dá)形式不同 對(duì)于三個(gè)共點(diǎn)力中有兩個(gè)力互相垂直的情況用合成法或分解法將力的關(guān)系轉(zhuǎn)換為直角三角形三個(gè)邊的關(guān)系 這樣求解簡(jiǎn)便 變式訓(xùn)練3 如圖所示 質(zhì)量為30kg的小孩坐在10kg的雪橇上 大人用與水平方向成37 斜向上的大小為100N的拉力拉雪橇 使雪橇沿水平地面做勻速運(yùn)動(dòng) 已知sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 雪橇對(duì)地面的壓力大小 2 雪橇與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)的大小 解析 1 將小孩和雪橇作為整體進(jìn)行受力分析 如圖所示 將拉力F沿水平方向和豎直方向進(jìn)行正交分解 有Fx Fcos Fy Fsin 由于雪橇做勻速直線運(yùn)動(dòng) 滿足物體平衡的條件 則在豎直方向上受力平衡 有Fsin N mg 0 解得N mg Fsin 340N 即地面對(duì)雪橇的支持力為340N 根據(jù)牛頓第三定律可得 雪橇對(duì)地面的壓力與地面對(duì)雪橇的支持力大小相等 方向相反 所以雪橇對(duì)地面的壓力為340N 答案 1 340N 2 0 24 物體的動(dòng)態(tài)平衡問題 經(jīng)典案例 8分 如圖所示 半圓形支架BAO中兩細(xì)繩OA與OB的繩結(jié)位于圓心O 下方懸吊著重為G的物體 現(xiàn)使OA繩固定不動(dòng) 在將OB繩的B端沿半圓支架從水平位置逐漸移至豎直位置OC的過程中 OA繩與OB繩所受力的大小如何變化 思路點(diǎn)撥 在有關(guān)動(dòng)態(tài)平衡的問題中 物體在力的作用下處于平衡狀態(tài)時(shí) 這類題目用圖解法求解更簡(jiǎn)單 直觀 解題樣板 因?yàn)槔K結(jié)O處受到重物的拉力F 所以才使OA繩和OB繩受力 因此將拉力F分解為FA和FB 如圖所示 OA繩固定 則FA的方向不變 在OB繩向上靠近OC的過程中 在B1 B2 B3三個(gè)位置 兩繩受的力分別為FA1和FB1 FA2和FB2 FA3和FB3 從圖中可看出FA一直減小 而FB卻是先減小后增大 當(dāng)OB與OA垂直時(shí)FB最小 5分 由此可知 繩OA的拉力逐漸減小為零 繩OB的拉力先逐漸減小后逐漸增大為G 當(dāng)OB與OA垂直時(shí) 繩OB的拉力最小 3分 答案 見解題樣板 名師點(diǎn)評(píng) 運(yùn)用圖解法求解的題目 物體的受力往往具有三個(gè)特點(diǎn) 物體受到三個(gè)力而平衡 其中一個(gè)力不變 往往是重力 有一個(gè)力的方向不變 第三個(gè)力大小 方向都變化 物體平衡的臨界問題1 物體平衡的臨界問題臨界狀態(tài) 當(dāng)物體從某種特性變化到另一種特性時(shí) 發(fā)生質(zhì)的飛躍的轉(zhuǎn)折狀態(tài)通常叫做臨界狀態(tài) 出現(xiàn) 臨界狀態(tài) 時(shí) 既可理解成 恰好出現(xiàn) 也可理解為 恰好不出現(xiàn) 的物理現(xiàn)象 這里指的物體平衡的臨界問題是 當(dāng)某一物理量變化時(shí) 會(huì)引起其他幾個(gè)物理量跟著變化 從而使物體所處的平衡狀態(tài)恰好出現(xiàn)變化或恰好不出現(xiàn)變化 2 臨界問題的方法 1 極限分析法 極限分析法作為一種預(yù)測(cè)和處理臨界問題的有效方法 是指通過恰當(dāng)?shù)剡x取某個(gè)變化的物理量將其推向極端 極大 或 極小 極右 或 極左 等 從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象 或 各種可能性 暴露出來 使問題明朗化 以便非常簡(jiǎn)捷地得出結(jié)論 2 物理分析方法 就是通過對(duì)物理過程的分析 抓住臨界 或極值 條件進(jìn)行求解 例如 兩物體脫離的臨界條件是相互間的壓力為零 3 數(shù)學(xué)解法 該種方法是指通過對(duì)問題的分析 依據(jù)物理規(guī)律寫出物理量之間的函數(shù)關(guān)系 或畫出函數(shù)圖象 用數(shù)學(xué)方法 例如求二次函數(shù)極值 討論公式極值 三角函數(shù)極值 求解極值 但需注意 利用數(shù)學(xué)方法求出極值后 一定要依據(jù)物理原理對(duì)解的合理性及物理意義進(jìn)行討論或說明 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全