《物理：第3節(jié)《力的平衡》第4節(jié)《平衡條件的應(yīng)用》課件（魯科版必修1）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理：第3節(jié)《力的平衡》第4節(jié)《平衡條件的應(yīng)用》課件（魯科版必修1）（91頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進入物理課堂 一 對物體的平衡狀態(tài)的理解 1 從運動學(xué)的角度理解平衡的物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài) 此種狀態(tài)其加速度為零 即處于平衡狀態(tài)的物體加速度為零 反過來加速度為零的物體一定處于平衡狀態(tài) 2 從動力學(xué)的角度理解 處于平衡狀態(tài)的物體所受的合外力為零 反過來物體受到的合外力為零 它一定處于平衡狀態(tài) 3 靜態(tài)平衡與動態(tài)平衡 1 靜態(tài)平衡是處于靜止?fàn)顟B(tài)的平衡 合力為零 2 動態(tài)平衡是勻速直線運動狀態(tài)的平衡 合力為零 4 平衡狀態(tài)與力的平衡平衡狀態(tài)指物體的勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài) 力的平衡是作用在同一處于平衡狀態(tài)的物體上的幾個力所滿足的一種關(guān)系 力的平衡是物體平衡的條件 物體處于平衡狀態(tài)是力的平衡的結(jié)果 1 物體的速度等于零不同于靜止 它的瞬時速度為零 而此時物體合外力可能不為零 物體不平衡 2 物體靜止時v 0 a 0處于平衡狀態(tài) 典例1 2011 宜賓高一檢測 物體在共點力作用下 下列說法中正確的是A 物體的速度在某一時刻等于零時 物體一定處于平衡狀態(tài)B 物體相對于另一物體保持靜止時 物體一定處于平衡狀態(tài)C 物體所受合力為零時 物體一定處于平衡狀態(tài)D 物體做勻加速運動時 物體一定處于平衡狀態(tài) 解題指導(dǎo) 解答此題應(yīng)把握以下兩點 標(biāo)準解答 選C 物體在某時刻的速度為零 所受合力不一定為零 故不一定處于平衡狀態(tài) A錯誤 物體相對于另一物體靜止 則說明該物體與另一物體具有相同的速度和加速度 也不一定處于平衡狀態(tài) B錯誤 物體做勻加速運動時 加速度不為零 一定不是平衡狀態(tài) D錯誤 只有C滿足平衡條件 C正確 變式訓(xùn)練 2010年11月第16屆亞運會在廣東召開 下列運動項目中的運動員處于平衡狀態(tài)的是 A 體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時B 蹦床運動員在空中上升到最高點時C 舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內(nèi)D 游泳運動員仰臥在水面靜止不動時 解析 選A C D 物體處于平衡狀態(tài)的條件是a 0 B項中運動員在最高點時v 0 而a 0 故不是處于平衡狀態(tài) B錯誤 A C D正確 二 共點力的平衡條件及應(yīng)用 1 共點力的平衡條件如果共點力的合力為零 則在兩個相互垂直的方向上的合力也必然為零 即Fx合 0 Fy合 0 2 平衡條件的幾個推論 1 二力平衡條件 這兩個共點力大小相等 方向相反 2 三個力平衡條件 三個共點力平衡時 其中任意兩個力的合力一定與第三個力大小相等 方向相反 而且在同一條直線上 3 物體在n個共點力同時作用下處于平衡狀態(tài)時 這些力在任何一個方向上的合力均為零 其中任意 n 1 個力的合力必定與第n個力等值反向 作用在同一直線上 4 物體在多個共點力作用下處于平衡狀態(tài)時 各力首尾相接必構(gòu)成一個封閉的多邊形 3 應(yīng)用平衡條件解題的步驟 1 明確研究對象 物體 質(zhì)點或繩的結(jié)點等 2 對研究對象進行受力分析 3 建立合適的坐標(biāo)系 應(yīng)用共點力的平衡條件 選擇恰當(dāng)?shù)姆椒谐銎胶夥匠?4 求解方程 并討論結(jié)果 1 物體受三個力而平衡時 這三個力一定有共同的作用點或作用線的延長線交于一點 2 物體受多個力作用時常用正交分解法 典例2 如圖所示 是一種測定風(fēng)力的儀器 P是質(zhì)量為200g的金屬球 固定在一根細長鋼性的金屬絲下端 當(dāng)無風(fēng)時金屬球自然豎直下垂 有風(fēng)時金屬絲將偏離豎直方向 刻度盤上的角度就能反映出風(fēng)力的大小 若某一時刻風(fēng)從圖示的水平方向吹向金屬球P時 金屬絲向左偏離豎直的角度 30 而處于靜止 g取10N kg 則 1 此時風(fēng)力和金屬絲拉力分別有多大 2 有人說 若角度變?yōu)? 則風(fēng)力也為原來的2倍 你認為這個結(jié)論對不對 為什么 解題指導(dǎo) 確定研究對象并進行受力分析 畫受力分析圖 根據(jù)平衡狀態(tài)列平衡方程 標(biāo)準解答 1 方法一 力的合成法 如圖甲所示 根據(jù)任意兩個力的合力與第三個力等大反向 即風(fēng)力F和拉力T的合力與重力等大反向 由平行四邊形定則可得F mgtan 0 2 10 方法二 力的分解法 重力的兩個作用效果是使金屬球抵抗風(fēng)的吹力和使金屬絲伸長形變 故可將重力沿水平方向和金屬絲的方向進行分解 如圖乙所示 由幾何關(guān)系得F mgtan 方法三 正交分解法 以金屬球為坐標(biāo)原點 取水平方向為x軸 豎直方向為y軸 建立直角坐標(biāo)系 如圖丙所示 由共點力平衡條件知水平方向和豎直方向的合力分別等于零 即F合x Tsin F 0F合y Tcos mg 0解得F mgtan 2 不對 由F mgtan 可知 當(dāng)金屬球的質(zhì)量m一定時 風(fēng)力F與tan 成正比 而不是與 成正比 答案 1 2 見標(biāo)準解答 規(guī)律方法 共點力平衡問題的解題方法 1 合成法與分解法對于三力平衡問題 一般根據(jù) 任意兩個力的合力與第三個力等大反向 的關(guān)系 借助三角函數(shù) 或?qū)⒛骋粋€力分解到另外兩個力的反方向上 得到的這兩個分力必定與另外兩個力等大 該法常用于三力中有兩個力相互垂直的平衡問題 2 正交分解法物體所受的合力為零 則在任一方向上物體所受的合力都為零 如果把物體所受的各個力進行正交分解 則共點力作用下物體的平衡條件還可以表示為 Fx合 0 Fy合 0 3 相似三角形法 通常是尋找一個矢量三角形與一個幾何三角形相似 4 矢量三角形法物體受同一平面內(nèi)三個互不平行的力作用平衡時 這三個力的矢量箭頭首尾相接 如圖所示 構(gòu)成一個矢量三角形 若三個力的矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形 則這三個力的合力必為零 利用三角形法 根據(jù)正弦定理 余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識可求得未知力 矢量三角形作圖分析法優(yōu)點是直觀 簡便 但它僅適于解決三力平衡問題 變式訓(xùn)練 2010 廣東高考 如圖為節(jié)日里懸掛燈籠的一種方式 A B點等高 O為結(jié)點 輕繩AO BO長度相等 拉力分別為FA FB 燈籠受到的重力為G 下列表述正確的是 A FA一定小于GB FA與FB大小相等C FA與FB是一對平衡力D FA與FB大小之和等于G 解析 選B 由A B兩點等高 AO BO等長可知 AO繩與BO繩兩力對稱 B正確 若兩繩間的夾角 120 時 FA FB G 當(dāng) 120 時 FA FB G 當(dāng) 120 時 FA FB G 故A錯誤 這兩個力的大小相等但方向不在同一直線上 不是平衡力 C錯誤 這兩個力不是大小之和而是矢量之和等于G D錯誤 變式備選 如圖所示 一個質(zhì)量為m的物體 在平行于斜面的拉力F作用下 沿著傾角為 的斜面勻速向上運動 已知物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為 求拉力F的大小 解析 物體處于平衡狀態(tài) 受力分析如圖所示 由共點力的平衡條件可知 平行于斜面方向 F mgsin f 0 垂直于斜面方向 N mgcos 0 其中f N 由以上三式解得F mgsin mgcos 答案 mgsin mgcos 三 整體法和隔離法分析共點力平衡問題 1 整體法把兩個或兩個以上物體組成的系統(tǒng)作為一個整體來研究的分析方法 當(dāng)只涉及研究系統(tǒng)而不涉及系統(tǒng)內(nèi)部某些物體的受力時 一般可采用整體法 2 隔離法將所確定的研究對象從周圍物體 連接體 系統(tǒng)中隔離出來進行分析的方法 其目的是便于進一步對該物體進行受力分析 得出與之關(guān)聯(lián)的力 為了研究系統(tǒng) 連接體 內(nèi)某個物體的受力時 通?？刹捎酶綦x法 一般情況下 整體法和隔離法是結(jié)合在一起使用的 若選單個物體作研究對象主要解決相互作用力問題 單個物體的選取應(yīng)選與外界接觸的個數(shù)最少的物體 典例3 2010 山東高考 如圖所示 質(zhì)量分別為m1 m2的兩個物體通過輕彈簧連接 在力F的作用下一起沿水平方向做勻速直線運動 m1在地面 m2在空中 力F與水平方向成 角 則m1所受支持力N和摩擦力f正確的是A N m1g m2g Fsin B N m1g m2g Fcos C f Fcos D f Fsin 解題指導(dǎo) 解答本題時可按以下思路分析 標(biāo)準解答 選A C 把質(zhì)量為m1 m2的兩個物體看成一個整體進行研究 進行受力分析 水平方向上 f Fcos C正確 豎直方向上 N Fsin m1g m2g 所以N m1g m2g Fsin 所以A正確 B D均錯 變式訓(xùn)練 2011 南寧高一檢測 如圖所示 在光滑的水平桿上穿兩個重均為2N的球A B 在兩球之間夾一彈簧 彈簧的勁度系數(shù)為10N m 用兩條等長的線將球C與A B相連 此時彈簧被壓短10cm 兩條線的夾角為60 求 1 桿對A球支持力多大 2 C球重力多大 解析 1 對A球受力分析如圖所示 則NA Tsin60 mgF Tcos60 又F kx 解得NA 2 N T 2N 2 對C球受力分析可得T2cos30 T1cos30 mCgT1sin30 T2sin30 0T2 T故GC mCg 2N答案 1 2 N 2 2N 典例 如圖所示 保持O點及 角不變 A點緩慢上移 繩OA的長度可變 問在A點上移的過程中 O點對兩繩的拉力FOA FOB如何變化 解題指導(dǎo) O點在三個力作用下平衡 且一個力大小 方向不變 另一個力的方向不變 第三個力的大小 方向都變化 可用圖解法求解 標(biāo)準解答 重物對O點的拉力F G是已知的 它沿兩繩方向的分力FOA FOB 而FOB的方向是確定的 由圖可看出FOA FOB變化情況 答案 FOA先減小至最小值 此時FOA FOB 再逐漸增大 FOB逐漸減小 沒有考慮靜摩擦力的變化導(dǎo)致錯誤如圖所示 一木塊放在水平桌面上 在水平方向上共受三個力 F1 F2和摩擦力 處于靜止?fàn)顟B(tài) 其中F1 10N F2 2N 若撤去力F1則木塊在水平方向受到的合外力為A 10N 向左B 6N 向右C 2N 向左D 0 正確解答 由于木塊原來處于靜止?fàn)顟B(tài) 所以所受摩擦力為靜摩擦力 根據(jù)物體的平衡條件有F1 F2 f 0 此時靜摩擦力f 8N方向向左 此時說明最大靜摩擦力fm 8N 撤去F1后 木塊水平方向受到向左2N的力 有向左的運動趨勢 由于F2小于最大靜摩擦力 所以所受摩擦力仍為靜摩擦力 此時 F2 f 0即合力為零 正確答案 D 易錯分析 本題易錯選A 造成錯解的原因是不加分析生搬硬套 物體在幾個力作用下處于平衡狀態(tài) 如果某時刻去掉一個力 則其他幾個力的合力大小等于去掉這個力的大小 方向與這個力的方向相反 的結(jié)論 實際上這個規(guī)律成立要有一個前提條件 就是去掉其中一個力 而其他力不變 本題中去掉F1后 由于摩擦力發(fā)生變化 所以結(jié)論不成立 1 下列物體中處于平衡狀態(tài)的是 A 靜止在粗糙斜面上的物體B 沿光滑斜面下滑的物體C 在平直路面上勻速行駛的汽車D 做自由落體運動的物體在剛開始下落的瞬間 解析 選A C 物體保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)是平衡狀態(tài) 故A C正確 沿光滑斜面下滑的物體受重力和斜面的支持力作用 其合力不等于零 物體處于非平衡狀態(tài) B錯誤 物體剛開始下落的瞬間 速度為零 受重力作用 合力不為零 不是平衡狀態(tài) D錯誤 2 下列關(guān)于共點力的平衡與平衡條件的說法正確的是 A 如果物體的運動速度為零 則必處于平衡狀態(tài)B 如果物體的運動速度大小不變 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 如果物體受到三個共點力的作用而處于平衡狀態(tài) 則任意兩個力的合力與第三個力大小相等 方向相反 解析 選C D 物體速度為零時不一定處于平衡狀態(tài) 如豎直上拋的物體到達最高點時速度為零 此時物體由于自身重力而使得所受合力不為零 故A錯 物體速度大小不變 但方向可能改變 即物體不一定做勻速直線運動 故物體不一定處于平衡狀態(tài) 所以B錯 物體處于平衡狀態(tài)時 滿足F合 0的條件 又因F合 要F合 0 必須要Fx Fy同時為零 故物體沿任意方向的合力都必為零 C正確 如果物體受到三個共點力的作用而處于平衡狀態(tài) 要滿足F合 0的條件 則任意兩個力的合力必與第三個力大小相等 方向相反 所以D對 3 如圖所示 一重為8N的球固定在AB桿的上端 今用彈簧測力計水平拉球 使桿發(fā)生彎曲 此時測力計的示數(shù)為6N 則AB桿對球作用力的大小為 A 6NB 8NC 10ND 12N 解析 選C 小球受重力mg 彈簧測力計的水平拉力F和桿的彈力N處于平衡狀態(tài) 其合力為零 故N N 10N C正確 4 一個物體受到三個共點力的作用 如果三個力的大小為如下各組情況 那么有可能使物體處于平衡狀態(tài)的是 A 1N4N7NB 2N6N9NC 2N5N8ND 6N8N6N 解析 選D 能否使物體處于平衡狀態(tài) 要看三個力的合力是否可能為零 方法是兩個小力加起來是否大于或等于最大的那個力 如果是就可能 因為兩個力的合力范圍是 F1 F2 F F1 F2 如F3在此范圍內(nèi) 就可能與F平衡 故D正確 5 2011 巢湖高一檢測 用輕彈簧豎直懸掛質(zhì)量為m的物體 靜止時彈簧伸長量為x 現(xiàn)用該彈簧沿斜面方向拉住質(zhì)量為2m的物體 系統(tǒng)靜止時彈簧伸長量為2x 斜面傾角為 30 如圖所示 已知重力加速度為g 求物體所受摩擦力的大小和方向 解析 對物體m 有kx mg 假設(shè)斜面上的物體受摩擦力f的方向平行斜面向上 則有 2kx f 2mgsin 0 解得f mg 即物體受摩擦力大小等于mg 方向平行斜面向下 答案 mg方向平行斜面向下 一 選擇題 本題包括5小題 每小題5分 共25分 每小題至少一個選項正確 1 如圖所示 物體A和B一起沿斜面勻速下滑 則物體A受到的力是 A 重力 B對A的支持力B 重力 B對A的支持力 下滑力C 重力 B對A的支持力 摩擦力D 重力 B對A的支持力 摩擦力 下滑力 解析 選A 物體A和B一起沿斜面勻速下滑 物體A受重力和B對A的支持力 若B對A有摩擦力 則A所受合力不為零 故A不受摩擦力 A正確 2 2011 荊州高一檢測 如圖所示 水平地面上的物塊 在斜向上的拉力F的作用下 向右做勻速直線運動 則下列說法正確的是 A 物塊一定受到四個力的作用B 物塊可能受到三個力的作用C 物塊受到的滑動摩擦力的大小為Fcos D 水平地面對物塊的支持力的大小為Fsin 解析 選A C 對物塊受力分析如圖所示 物塊受重力 支持力 摩擦力和拉力四個力作用 A正確 B錯誤 由平衡條件知Fcos f N Fsin mg 故C正確 D錯誤 3 如圖所示 某個物體在F1 F2 F3 F4四個力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài) 若F4的方向沿逆時針轉(zhuǎn)過60 而保持其大小不變化 其余三個力的大小和方向不變 則此時物體所受到的合力大小為 A B C F4D F4 解析 選C 由共點力的平衡條件可知 F1 F2 F3的合力應(yīng)與F4等值反向 當(dāng)F4的方向沿逆時針轉(zhuǎn)過60 而保持其大小不變時 F1 F2 F3的合力的大小仍為F4 但方向與F4成120 角 由平行四邊形定則可得 此時物體所受的合力大小為F4 故C正確 4 人站在岸上通過定滑輪用繩牽引低處的小船 如圖所示 若水的阻力恒定不變 則在船勻速靠岸的過程中 下列說法正確的是 A 繩的拉力不斷增大B 繩的拉力保持不變C 船受到的浮力保持不變D 船受到的浮力不斷減小 解析 選A D 小船勻速靠岸 故其受力平衡 小船受力如圖 將小船受力正交分解 水平方向上Fsin f 豎直方向上Fcos F浮 mg 船靠岸過程中 減小 f不變 由 得 F增大 再由 得F浮減小 所以A D正確 方法技巧 動態(tài)平衡問題的解題策略所謂動態(tài)平衡問題 是指通過控制某些物理量 使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢變化 而在這個過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài) 利用圖解法解決此類問題的基本方法 對研究對象在狀態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進行受力分析 依據(jù)某一參量的變化 在同一圖中作出物體在若干狀態(tài)下的平衡受力圖 力的平行四邊形簡化為三角形 再由動態(tài)的力的平行四邊形各邊長度變化及角度變化 確定力的大小及方向的變化情況 通常情況下 動態(tài)平衡問題中物體所受的三個力的特點是 一個力大小 方向不變 一個力的方向不變 第三個力大小 方向都變化 5 2011 龍巖高一檢測 如圖所示 質(zhì)量為m的物塊在水平推力作用下 靜止在傾角為 的光滑斜面上 則物塊對斜面的壓力為 A mgcos B mgsin C D 解析 選C 對物塊受力分析并建立坐標(biāo)系如圖所示 在豎直方向上合外力為零 則Ncos mg 故N C正確 二 非選擇題 本題包括3小題 共25分 要有必要的文字敘述 6 7分 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動 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10N kg 求 1 地面對雪橇的支持力大小 2 雪橇與水平地面的動摩擦因數(shù)的大小 解析 1 對小孩和雪橇整體受力分析得 豎直方向 Fsin N mg解得N mg Fsin 340N 2 水平方向 Fcos f 0f N解得 0 24 答案 1 340N 2 0 24 7 8分 2011 深圳高一檢測 如圖所示 物體質(zhì)量為m 靠在粗糙的豎直墻上 物體與墻之間的動摩擦因數(shù)為 若要使物體沿墻向上勻速運動 試求外力F的大小 解析 物體向上運動 受力分析如圖所示 建立如圖所示的坐標(biāo)系 由共點力平衡條件得 Fcos N 0 Fsin f mg 0 又f N 由 得 F 答案 8 10分 挑戰(zhàn)能力 兩物體M m用跨過光滑定滑輪的輕繩相連 如圖放置 OA OB與水平面的夾角分別為30 60 m重20N M m均處于靜止?fàn)顟B(tài) 求 1 OA OB對O點的拉力的大小 2 M受到的靜摩擦力的大小 解析 1 對m受力分析如圖所示 由平衡條件得FAcos30 FBcos60 FAsin30 FBsin60 mg代入數(shù)據(jù)解得 FA 10NFB 10N 2 對M由平衡條件得FA f FB 故f FB FA 10 10 N答案 1 10N10N 2 10 10 N 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