201X_202x學(xué)年高中物理第三章習(xí)題課共點(diǎn)力的平衡新人教版必修1

1、習(xí)題課:共點(diǎn)力的平衡,1,2,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,共點(diǎn)力作用下物體的平衡 情景導(dǎo)引 我們處在一個(gè)異彩紛呈的世界里,世界上的物體可謂千姿百態(tài)。遠(yuǎn)古的巨石千百年來一直神奇地矗立著(圖)。都市里的人,卻自有動中取靜的辦法,到了大商場里,你只要站著不動,自動扶梯就會安穩(wěn)勻速地送你上樓下樓(圖)。從物理學(xué)的角度來看,如果一個(gè)物體保持靜止或做勻速直線運(yùn)動,我們就說這個(gè)物體是處于平衡狀態(tài)。因此,巨石、勻速電梯上站立的人都是處于平衡狀態(tài)。那么,保持物體平衡需要什么條件呢,3,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,要點(diǎn)提示如果物體受兩個(gè)力作用而平衡,這兩個(gè)力一定等大反向且作用在一條直線上,即合力為零。

2、如果物體受多個(gè)力而平衡,根據(jù)力的合成定則,我們可以把任意兩個(gè)共點(diǎn)力用一個(gè)合力來等效代替,據(jù)此,三個(gè)以上的共點(diǎn)力最終都可以等效簡化為兩個(gè)共點(diǎn)力?？梢?三個(gè)以上共點(diǎn)力的平衡,最終也都可以簡化為二力平衡。根據(jù)二力平衡條件,我們就可以得出在共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為零,即F合=0,4,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,知識歸納,5,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,典例剖析 例1物體受共點(diǎn)力作用,下列說法正確的是() A.物體的速度等于零,物體就一定處于平衡狀態(tài) B.物體相對另一物體保持靜止時(shí),物體一定處于平衡狀態(tài) C.物體所受合力為零時(shí),就一定處于平衡狀態(tài) D.物體做勻加速運(yùn)動時(shí),物體處于平

3、衡狀態(tài) 解析處于平衡狀態(tài)的物體,從運(yùn)動形式上是處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài),從受力上來看,物體所受合外力為零。速度為零的物體,受力不一定為零,故不一定處于平衡狀態(tài),選項(xiàng)A錯(cuò);物體相對于另一物體靜止時(shí),該物體相對地面不一定靜止,如當(dāng)另一物體做變速運(yùn)動時(shí),該物體也做變速運(yùn)動,此物體處于非平衡狀態(tài),故選項(xiàng)B錯(cuò);選項(xiàng)C符合平衡條件,為正確選項(xiàng);物體做勻加速運(yùn)動,所受合力不為零,故不是平衡狀態(tài),選項(xiàng)D錯(cuò)。 答案C,6,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,例2物體在F1=7 N、F2=10 N、F3=10 N這三個(gè)互成角度的共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài),求F1和F3合力的大小和方向。 解析因?yàn)槿ζ椒€(wěn)時(shí)三個(gè)力的合

4、力必為零,則F1和F3合力必定與F2的合力為零。因此F1和F3合力的大小等于10 N,方向與F2方向相反。 答案F1和F3合力的大小等于10 N,方向與F2方向相反,7,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,處理平衡問題常用的三種方法 情景導(dǎo)引 如圖所示,重物的重力為G,輕繩AO與BO的A、B端是固定的,平衡時(shí)AO是水平的,BO與豎直方向的夾角為,能否用分解法和合成法兩種方法求出AO的拉力FT1和BO的拉力FT2的大小,8,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,要點(diǎn)提示選取O點(diǎn)為研究對象,其受力如圖甲所示,O點(diǎn)受到三個(gè)力的作用:重物對O的拉力大小為G,AO繩的拉力FT1,BO繩的拉力FT2。如圖乙所示

5、,作出FT1和FT2的合力等于重力大小,在三角形中解出兩繩拉力大小。如圖丙所示,將重力沿兩繩的方向分解,在三角形中解出兩繩拉力大小,9,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,知識歸納 1.合成法:物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡,則任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小相等、方向相反,據(jù)此畫出這兩個(gè)力合成的平行四邊形,利用幾何知識求解力三角形。 2.分解法:物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡,將某一個(gè)力按其他兩個(gè)力的作用線分解,則其分力和其他兩個(gè)力分別等大、反向。 3.正交分解法:物體受到三個(gè)或三個(gè)以上力的作用而平衡,將物體所受的力分解到相互垂直的x、y軸上,則x(或y)軸上各分力的合力為零,10,探究一,探究

6、二,探究三,隨堂檢測,典例剖析 例3在科學(xué)研究中,可以用風(fēng)力儀直接測量風(fēng)力的大小,其原理如圖所示。儀器中一根輕質(zhì)金屬絲下懸掛著一個(gè)金屬球,無風(fēng)時(shí),金屬絲豎直下垂;當(dāng)受到沿水平方向吹來的風(fēng)時(shí),金屬絲偏離豎直方向一定角度。風(fēng)力越大,偏角越大。通過傳感器,就可以根據(jù)偏角的大小測出風(fēng)力的大小,求風(fēng)力大小F跟金屬球的質(zhì)量m、偏角之間的關(guān)系,11,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,解析取金屬球?yàn)檠芯繉ο?有風(fēng)時(shí),它受到三個(gè)力的作用:重力mg、水平方向的風(fēng)力F和金屬絲的拉力FT,如圖所示。這三個(gè)力是共點(diǎn)力,在這三個(gè)共點(diǎn)力的作用下金屬球處于平衡狀態(tài),則這三個(gè)力的合力為零,12,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測

7、,方法一:(力的合成法)如圖甲所示,風(fēng)力F和拉力FT的合力與重力等大反向,由平行四邊形定則可得F=mgtan 。 方法二:(力的分解法)重力有兩個(gè)作用效果:使金屬球抵抗風(fēng)的吹力和使金屬絲拉緊,所以可以將重力沿水平方向和金屬絲的方向進(jìn)行分解,如圖乙所示,由幾何關(guān)系可得F=F=mgtan,13,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,方法三:(正交分解法)以金屬球?yàn)樽鴺?biāo)原點(diǎn),取水平方向?yàn)閤軸,豎直方向?yàn)閥軸,建立坐標(biāo)系,如圖丙所示。 根據(jù)平衡條件有 Fx合=FTsin -F=0 Fy合=FTcos -mg=0 解得F=mgtan 。 答案F=mgtan,14,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,規(guī)律方法應(yīng)

8、用平衡條件解題的一般步驟 (1)選取研究對象; 平衡問題中,研究對象常有三種情況:單個(gè)物體;多個(gè)物體組成的系統(tǒng);繩與繩、繩和棒之間的結(jié)點(diǎn); (2)對研究對象進(jìn)行受力分析,并作出受力示意圖; (3)選取合成法(23個(gè)力作用)、正交分解法(多個(gè)力作用),依據(jù)平衡條件列出力的平衡方程。 (4)求解方程,并對結(jié)果做必要的討論,15,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,動態(tài)平衡問題 情景導(dǎo)引 如圖所示,人通過跨過定滑輪的輕繩牽引一物體,人向右緩慢移動時(shí),地面對人的支持力和摩擦力如何變化? 要點(diǎn)提示人受重力、繩子的拉力及地面對人的支持力和摩擦力,當(dāng)人緩慢向右移動時(shí),繩子拉力的大小不變,但在水平方向的分力增大

9、,豎直方向的分力減小,故地面對人的支持力和摩擦力都變大,16,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,知識歸納 1.動態(tài)平衡:是指平衡問題中的一部分力是變力,是動態(tài)力,力的大小和方向均要發(fā)生變化,所以叫動態(tài)平衡,這是平衡問題中的一類難題。 2.基本思路:化“動”為“靜”,“靜”中求“動”。 3.基本方法:圖解法、解析法和相似三角形法,17,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,典例剖析 例4如圖所示,用AO、BO兩根細(xì)線吊著一個(gè)重物P,AO與天花板的夾角保持不變,用手拉著BO線由水平逆時(shí)針的方向逐漸轉(zhuǎn)向豎直向上的方向,在此過程中,BO和AO中張力的大小變化情況是() A.都逐漸變大 B.都逐漸變小 C.

10、BO中張力逐漸變大,AO中張力逐漸變小 D.BO中張力先變小后變大,AO中張力逐漸減小到零,18,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,解析取接點(diǎn)O為研究對象,進(jìn)行受力分析 OA和OB繩子的拉力的合力總是與物體的重力相平衡,所以兩個(gè)拉力的合力不變,隨著OB繩子的轉(zhuǎn)動,從三角形的邊長變化可知BO中張力先變小后變大,AO中張力逐漸減小到零,D正確。 答案D,19,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,例5如圖所示,一小球放置在木板與豎直墻面之間。設(shè)墻面對球的壓力大小為FN1,球?qū)δ景宓膲毫Υ笮镕N2。以木板與墻連接點(diǎn)所形成的水平直線為軸,將木板從圖示位置開始緩慢地轉(zhuǎn)到水平位置。不計(jì)摩擦,在此過程中()

11、A.FN1始終減小,FN2始終增大 B.FN1始終減小,FN2始終減小 C.FN1先增大后減小,FN2始終減小 D.FN1先增大后減小,FN2先減小后增大,20,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,答案B,21,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,規(guī)律方法處理動態(tài)平衡問題的一般步驟 (1)解析法 列平衡方程求出未知量與已知量的關(guān)系表達(dá)式。 根據(jù)已知量的變化情況來確定未知量的變化情況。 (2)圖解法 適用情況 一般物體只受三個(gè)力作用,且其中一個(gè)力大小、方向均不變,另一個(gè)力的方向不變,第三個(gè)力大小、方向均變化,22,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,一般步驟 a.首先對物體進(jìn)行受力分析,根據(jù)力平衡條件

12、,在同一圖中畫出力的平行四邊形或三角形。 b.再由力的平行四邊形或三角形的邊長變化及角度變化確定某些力的大小、方向的變化情況。 注意:當(dāng)大小、方向都可變的分力(設(shè)為F1)與方向不變、大小可變的分力垂直時(shí),F1有最小值,23,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,1.如圖所示,某工人正在修理草坪,推力F與水平方向成角,割草機(jī)沿水平方向做勻速直線運(yùn)動,則割草機(jī)所受阻力的大小為(,解析割草機(jī)沿水平方向做勻速直線運(yùn)動,四個(gè)力的合力為零,受力如圖,則有Ff=Fcos 。 答案B,24,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,2.舉重運(yùn)動員在抓舉比賽時(shí),為了減小杠鈴上升的高度和便于發(fā)力,抓握杠鈴的兩手間要有較大距離

13、,使兩臂上舉后兩臂間成鈍角,手臂伸直后所受作用力沿手臂方向,一質(zhì)量為75 kg的運(yùn)動員,在舉起125 kg的杠鈴時(shí),兩臂成120角,如圖所示,則此時(shí)運(yùn)動員的每只手臂對杠鈴的作用力F及運(yùn)動員對地面的壓力FN的大小分別為(g取10 m/s2)() A.F=1 250 N,FN=2 000 N B.F=1 250 N,FN=3 250 N C.F=625 N,FN=2 000 N D.F=722 N,FN=2 194 N,25,探究一,探究二,探究三,隨堂檢測,解析分析杠鈴受力如圖所示,重力、人給的兩個(gè)支持力,三個(gè)力的夾角均為120,杠鈴處于靜止?fàn)顟B(tài),合力為零。兩臂作用力大小相等,并等于杠鈴重力G,所以F1=F2=1 250 N。把杠鈴和人看作整體,整體受重力、地面的支持力,且兩力大小相等,FN