高中物理-共點(diǎn)力的平衡及其應(yīng)用市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)

高中物理共點(diǎn)力平衡及其應(yīng)用第1頁(yè)1．平衡狀態(tài)：物體處于______和______________，

我們說(shuō)物體處于平衡狀態(tài)．2．在共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)物體所受合

外力______，即：__________.3．三力平衡條件：任意兩個(gè)力協(xié)力與第三個(gè)

力大小______，方向______，作用在___________．4．多力平衡條件：物體受到幾個(gè)共點(diǎn)力作用而

平衡時(shí)，其中任意一個(gè)力必定與余下其它力

協(xié)力______．靜止勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)為零F合＝0相等相反一條直線(xiàn)上平衡第2頁(yè)5．解共點(diǎn)力平衡問(wèn)題基本思緒(1)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，作出受力圖．(2)物體在三個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，慣用解題方法有：力分解法、力合成法．(3)共面非平行三個(gè)力平衡時(shí)：其中任意兩個(gè)力協(xié)力必與第三個(gè)力等值反向，且三個(gè)力作用線(xiàn)必交于一點(diǎn)．(4)物體在三個(gè)或三個(gè)以上力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，通常應(yīng)用正交分解法．第3頁(yè)一、共點(diǎn)力作用下物體平衡●關(guān)鍵點(diǎn)梳理物體平衡狀態(tài)一個(gè)物體在共點(diǎn)力作用下，假如保持靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則這個(gè)物體就處于平衡狀態(tài)．如光滑水平面上勻速直線(xiàn)滑動(dòng)物塊；沿斜面勻速直線(xiàn)下滑木箱；天花板上懸掛吊燈等，這些物體都處于平衡狀態(tài)．第4頁(yè)物體處于平衡狀態(tài)時(shí)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是共點(diǎn)力作用下物體平衡；另一類(lèi)是有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體平衡．在這一節(jié)我們只研究共點(diǎn)力作用下物體平衡．共點(diǎn)力作用下物體平衡又分為兩種情形，即靜平衡(物體靜止)和動(dòng)平衡(物體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))．第5頁(yè)●

疑點(diǎn)辨析對(duì)靜止了解：靜止與速度v＝0不是一回事．物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，說(shuō)明v＝0，a＝0，二者必須同時(shí)成立．若僅是v＝0，a≠0，如上拋到最高點(diǎn)物體，此時(shí)物體并不能保持靜止，上拋到最高點(diǎn)物體并非處于平衡狀態(tài)．所以平衡狀態(tài)是指加速度為零狀態(tài)，而不是速度為零狀態(tài)．第6頁(yè)二、共點(diǎn)力作用下平衡條件●關(guān)鍵點(diǎn)梳理共點(diǎn)力作用下物體處于平衡狀態(tài)力學(xué)特點(diǎn)是所受合外力F合＝0.比如，圖甲中，放在水平地面上物體保持靜止，則此物體所受重力和支持力是一對(duì)平衡力，其協(xié)力為零．第7頁(yè)甲乙又如圖乙中，若物體沿斜面勻速下滑，則f與N協(xié)力必與重力G等大、反向，故仍有F合＝0.第8頁(yè)●

重點(diǎn)解讀(1)若物體在兩個(gè)力同時(shí)作用下處于平衡狀態(tài)，則這兩個(gè)力大小相等、方向相反，且作用在同一條直線(xiàn)上，其協(xié)力為零，這就是初中學(xué)過(guò)二力平衡．(2)若物體在三個(gè)非平行力同時(shí)作用下處于平衡狀態(tài)，則這三個(gè)力必定共面共點(diǎn)(三力匯交原理)，協(xié)力為零，稱(chēng)為三個(gè)共點(diǎn)力平衡，其中任意兩個(gè)力協(xié)力必定與第三個(gè)力大小相等，方向相反，作用在同一條直線(xiàn)上．第9頁(yè)(3)物體在n個(gè)非平行力同時(shí)作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，n個(gè)力必定共點(diǎn)，協(xié)力為零，稱(chēng)為n個(gè)共點(diǎn)力平衡，其中任意(n－1)個(gè)力協(xié)力必定與第n個(gè)力等值反向，作用在同一直線(xiàn)上．由牛頓第二定律知道，作用于物體上力平衡是物體處于平衡狀態(tài)原因，物體處于平衡狀態(tài)是力平衡結(jié)果．第10頁(yè)三、共點(diǎn)力平衡條件應(yīng)用●重點(diǎn)解讀現(xiàn)實(shí)生活中，物體在力作用下處于平衡情況隨地可見(jiàn)，站著人在重力和地面支持力作用下，處于靜止平衡狀態(tài)，這叫做靜態(tài)平衡；跳傘運(yùn)動(dòng)員在降落過(guò)程中，當(dāng)其勻速降落時(shí)，他所受重力與降落傘拉力及空氣阻力相平衡，這叫做動(dòng)態(tài)平衡．第11頁(yè)有時(shí)，物體就整體而言并不處于平衡狀態(tài)，但它能夠在某一方向上處于平衡狀態(tài)．如在海面上加速行駛快艇，在水平方向上做變速運(yùn)動(dòng)，可是它在豎直方向上只受重力和浮力這一對(duì)平衡力作用，所以它在豎直方向上處于平衡狀態(tài)．(1)在共點(diǎn)力作用下物體處于平衡狀態(tài)，則物體所受協(xié)力為零，所以物體在任一方向上協(xié)力都為零．(2)假如物體只是在某一方向上處于平衡狀態(tài)，則物體在該方向上協(xié)力為零，所以能夠在該方向上應(yīng)用平衡條件列方程求解．第12頁(yè)第13頁(yè)【解析】

在共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)物體，必定同時(shí)具備兩個(gè)特點(diǎn)：從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)說(shuō)，物體保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)，加速度為零；從受力情況來(lái)說(shuō)，協(xié)力為零．顯然，靜止在粗糙斜面上物體和勻速行駛汽車(chē)都處于平衡狀態(tài)，而沿光滑斜面由靜止加速下滑物體，加速度不等于零，不處于平衡狀態(tài)，做自由落體運(yùn)動(dòng)物體在剛開(kāi)始下落時(shí)，盡管速度v＝0.但加速度a＝g≠0，協(xié)力F＝G≠0，故也不處于平衡狀態(tài)．【答案】

AC第14頁(yè)【方法總結(jié)】判斷物體是否處于平衡狀態(tài)方法：(1)依據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(看運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是靜止，還是勻速運(yùn)動(dòng))(2)依據(jù)物體受力情況(看協(xié)力是否為零)．第15頁(yè)第16頁(yè)【解析】

因?yàn)橹匚锷仙阶罡唿c(diǎn)時(shí)速度為零，加速度是g，所以物體不處于平衡狀態(tài)，A是錯(cuò)誤；電梯中人和電梯一起勻速運(yùn)動(dòng)，所受合外力為零，所以B是正確；彈簧上掛重物在力F撤去后，產(chǎn)生向上加速度，故C是錯(cuò)誤；物體處于平衡狀態(tài)本質(zhì)特征是加速度為零，故D是正確．【答案】

BD第17頁(yè)第18頁(yè)【解析】

取足球作為研究對(duì)象，它共受到三個(gè)力作用，重力G＝mg，方向豎直向下；墻壁支持力N，方向水平向右；懸繩拉力T，方向沿繩方向．這三個(gè)力一定是共點(diǎn)力，重力作用點(diǎn)在球心O點(diǎn)，支持力N沿球半徑方向．G和N作用線(xiàn)必交于球心O點(diǎn)，則T作用線(xiàn)必過(guò)O點(diǎn)．既然是三力平衡，能夠依據(jù)任意兩力協(xié)力與第三力等大、反向求解，能夠依據(jù)力三角形求解，也可用正交分解法求解．第19頁(yè)第20頁(yè)第21頁(yè)第22頁(yè)【答案】

mg/cosα

mgtanα第23頁(yè)【方法總結(jié)】應(yīng)用共點(diǎn)力平衡條件解題普通步驟：(1)確定研究對(duì)象：即在搞清題意基礎(chǔ)上，明確以哪一個(gè)物體(或結(jié)點(diǎn))作為解題研究對(duì)象．(2)分析研究對(duì)象受力情況：全方面分析研究對(duì)象受力情況，找出作用在研究對(duì)象上全部外力，并作出受力分析圖，假如物體與別接觸物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))時(shí)，在圖上標(biāo)出相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，以判斷摩擦力方向．第24頁(yè)(3)判斷研究對(duì)象是否處于平衡狀態(tài)．(4)應(yīng)用共點(diǎn)力平衡條件，選擇適當(dāng)方法，列平衡方程．(5)求解方程，并依據(jù)情況，對(duì)結(jié)果加以說(shuō)明或必要討論．第25頁(yè)第26頁(yè)【答案】

D第27頁(yè)第28頁(yè)第29頁(yè)第30頁(yè)第31頁(yè)第32頁(yè)據(jù)此可知作出幾組平行四邊形，反應(yīng)出N1、N2改變情況，如上圖所表示．當(dāng)θ逐步增大時(shí)，N2與豎直方向夾角逐步減小，N2→N′2→N″2；當(dāng)θ＝90°時(shí)，N2＝N＝G＝mg，所以N2逐步減小，N1逐步減?。敬鸢浮靠捶ㄎ龅?3頁(yè)【方法總結(jié)】

動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題分析方法：(1)解析法：對(duì)研究對(duì)象任一狀態(tài)進(jìn)行受力分析，建立平衡方程，求出應(yīng)變參量與自變參量普通函數(shù)式，然后依據(jù)自變量改變確定應(yīng)變參量改變．(2)圖解法：對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，再依據(jù)平行四邊形定則或三角形定則畫(huà)出不一樣狀態(tài)下力矢量圖(畫(huà)在同一個(gè)圖中)，然后依據(jù)有向線(xiàn)段(表示力)長(zhǎng)度改變判斷各個(gè)力改變情況．圖解法適用條件：質(zhì)點(diǎn)在三個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)，其中一個(gè)力恒定，一個(gè)力方向不變，第三個(gè)力大小和方向都改變情況．詳細(xì)做法是：合成兩個(gè)變力，其協(xié)力與恒力等值反向．第34頁(yè)第35頁(yè)【答案】

BD第36頁(yè)第37頁(yè)第38頁(yè)【指點(diǎn)迷津】

學(xué)過(guò)幾個(gè)不一樣解題方法之后，在解題時(shí)，不要機(jī)械地套用某種解法，而是要認(rèn)真審讀題目，明確物理?xiàng)l件，靈活求解，解題時(shí)一定要養(yǎng)成作圖好習(xí)慣．此題考查應(yīng)用物體平衡條件處理連接體平衡問(wèn)題，能夠利用整體法把a(bǔ)、b兩球以及a、b球之間連線(xiàn)視為一個(gè)整體進(jìn)行研究，也能夠分別單獨(dú)以a、b球?yàn)檠芯繉?duì)象，分析其受力并求解．因?yàn)橛谜w法解題能夠無(wú)須考慮系統(tǒng)內(nèi)物體之間相互作用力，使解題更為簡(jiǎn)便，故解題中能夠首先考慮利用整體法求解．第39頁(yè)選取a、b兩球及它們之間輕繩為研究對(duì)象，其受力情況是：重力(m1＋m2)g、外力F1和F2以及a球上方懸繩拉力T，因?yàn)镕1、F2等值反向，相互平衡，懸線(xiàn)拉力T必與兩球重力(m1＋m2)g等值反向，即a球上方懸線(xiàn)必在豎直方向上．故A選項(xiàng)正確．【答案】

A第40頁(yè)平衡狀態(tài)下臨界值和極值問(wèn)題求解方法某種物理現(xiàn)象改變?yōu)榱硪粋€(gè)物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)折狀態(tài)叫做臨界狀態(tài)．物體平衡臨界狀態(tài)是指物體所處平衡狀態(tài)將要破壞而還未被破壞狀態(tài)．解答物體平衡臨界問(wèn)題時(shí)可用假設(shè)法．利用假設(shè)法基本步驟是：①明確研究對(duì)象；②畫(huà)受力示意圖；③假設(shè)可發(fā)生臨界現(xiàn)象；④列出滿(mǎn)足所發(fā)生臨界現(xiàn)象平衡方程求解．第41頁(yè)如圖所表示，在A點(diǎn)有一物體(未畫(huà)出)，其質(zhì)量為2kg，兩根輕繩AB和AC一端系在豎直墻上，另一端系在物體上，在物體上另施加一個(gè)方向與水平線(xiàn)成θ＝60°角拉力F，若要使繩都能伸直，求拉力F大小范圍．(g取10m/s2)第42頁(yè)第43頁(yè)第44頁(yè)第45頁(yè)1．如圖所表示運(yùn)動(dòng)圖象表明物體不處于平衡狀態(tài)是(

)【答案】

B第46頁(yè)2．在機(jī)場(chǎng)和海港，慣用輸送帶運(yùn)輸旅客和行李、貨物，以下列圖所表示，(a)為水平輸送帶，(b)為傾斜輸送帶，當(dāng)行李箱隨輸送帶一起勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下幾個(gè)判斷中正確是(

)第47頁(yè)A．(a)、(b)兩種情形中行李箱都受到兩個(gè)力作用B．(a)、(b)兩種情形中行李箱都受到三個(gè)力作用C．情形(a)中行李箱受到兩個(gè)力作用，情形(b)中行李箱受到三個(gè)力作用D．情形(a)中行李箱受到三個(gè)力作用，情形(b)中行李箱受到四個(gè)力作用【答案】

C第48頁(yè)第49頁(yè)【解析】因?yàn)槲矬w重力大于拉力，所以沒(méi)有拉動(dòng)物體，物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，所受協(xié)力為零．【答案】

D第50頁(yè)第51頁(yè)【解析】未撤去F1前，木塊靜止，說(shuō)明木塊所受靜摩擦力f靜＝F1－F2＝8N，方向向左，即最大靜摩擦力fm≥8N．當(dāng)撤去F1后，木塊在F2作用下有向左運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，地面給木塊靜摩擦力方向變?yōu)橄蛴遥笮∨cF2相等，即f

′靜＝F2＝2N．恰好在靜摩擦力范圍之內(nèi)(0<F≤fm)，木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)．故正確選項(xiàng)為A.【答案】

A第52頁(yè)5．以下列圖所表示，長(zhǎng)為5m細(xì)繩兩端分別系于豎立在地面上相距為4m兩