共點力的平衡條件及應用 高一上學期物理粵教版（2019）必修第一冊

第三章相互作用第六節(jié)共點力的平衡條件及應用在自然界和日常生活中,物體的平衡是最常見的現(xiàn)象之一.如圖所示,高高聳立的巖石、婀娜多姿的平衡鳥、體育比賽中平衡木上的運動員等,都處于平衡狀態(tài);現(xiàn)代高聳入云的廣州塔,以及形式各樣的斜拉橋等,都利用了物體平衡的原理.情景導入新課探究共點力的平衡幾個力都作用在同一物體的同一點，或它們的延長線相交于一點，這幾個力稱為共點力。限速40km/hGF2F1為了明確表示物體所受的共點力，在作示意圖時，可以把這些力的作用點畫到它們作用線的公共交點上。在不考慮物體轉動的情況下，物體可以當作質(zhì)點看待，所以力的作用點都可以畫在受力物體的重心上。FfGN勻速物體處于靜止或者保持勻速直線運動的狀態(tài)叫作平衡狀態(tài).物體如果受到共點力的作用且處于平衡狀態(tài),就叫作共點力的平衡.為了使物體保持平衡狀態(tài),作用在物體上的力所必須滿足的條件,叫作共點力的平衡條件.問題：豎直上拋的物體到達最高點時是平衡狀態(tài)嗎？保持靜止和瞬時速度為0不同歸納小結1.共點力：幾個力都作用在物體的同一點,或它們的作用線相交于同一點,這幾個力便叫做“共點力”.2.平衡狀態(tài)：①保持靜止狀態(tài)；②保持勻速直線運動狀態(tài).3.對平衡狀態(tài)的理解(1)共點力作用下物體處于平衡狀態(tài)的運動學特征：

“保持”某狀態(tài)與“瞬時”某狀態(tài)的區(qū)別，例如：做自由落體運動的物體開始運動時，這一瞬間的速度為零，但這一狀態(tài)不能“保持”，因而不屬于平衡狀態(tài).例題1.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，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，物體一定處于平衡狀態(tài)

C.物體處于平衡狀態(tài),不一定是靜止的

D.物體做勻加速運動時，物體處于平衡狀態(tài)答案及解析：處于平衡狀態(tài)的物體，從運動形式上看是物體可以保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，處于平衡狀態(tài)的物體，既可以是靜止的，也可以是勻速直線運動的。故答案為:C.新課探究探究共點力的平衡條件二力平衡是指物體在兩個共點力的作用下處于平衡狀態(tài),其平衡條件是這兩個力的大小相等、方向相反,作用在同一直線上.

一個懸掛著的燈籠的受力情況如圖所示,F=G,力F、G的合力為零.如果物體受到三個不在一條直線上的共點力的作用,怎樣才能保持平衡?實驗與探究取一個匯力圓環(huán)、三根一端帶小鉤的細繩、三個彈簧測力計,將三個小鉤都鉤在匯力圓環(huán)上.(1)如圖所示,分別將彈簧測力計連接在三根細繩的末端,使匯力圓環(huán)在三根細繩的拉力作用下與平板上的定位圓重合.(2)用鉛筆在平板上記下這三個拉力的大小和方向.(3)在平板上用力的圖示法畫出這三個力F1、F2、F3,如圖所示.實驗與探究(4)用力的平行四邊形定則作出F1,F2的合力F,如圖所示.比較F與F3的大小和方向.作出F2,F3的合力F',如圖所示,或者作出F1,F3的合力F",如圖所示,然后將合力與另外一個力進行比較.(5)在保證匯力圓環(huán)與定位圓重合的前提下,改變?nèi)毨K的拉力大小和方向,重復上述步驟.根據(jù)實驗結果,你能否歸納總結物體在三個共點力作用下的平衡條件.小窗口播放歸納小結共點力的平衡條件：物體所受的合力為零。新課探究共點力平衡條件的應用例題2（教材例題1）:在圖中,小球重3N,光滑斜面的傾角α為30°.求斜面及豎直放置的擋板對小球作用力的大小.分析:以小球為研究對象,小球受到斜面對它的作用力F1、擋板對它的作用力F2和重力G這三個力的作用,根據(jù)共點力的平衡條件,F1和F2的合力F的大小與重力G的大小相等.解：對小球受力分析如圖所示，由幾何關系，得代入數(shù)據(jù)，解得即斜面對小球的作用力的大小為3.5N，擋板對小球的作用力的大小為1.7N.小結研究物體平衡的基本思路和基本方法（1）轉化為二力平衡模型——合成法很多情況下物體受到三個力的作用而平衡，其中任意兩個力的合力必定跟第三個力等大反向。GF1F2F據(jù)平行四邊形定則作出其中任意兩個力的合力來代替這兩個力，從而把三力平衡轉化為二力平衡。這種方法稱為合成法。例題3（教材例題2）:在科學研究中,人們利用風力儀直接測量風力的大小,其原理如圖所示.儀器中有一根輕質(zhì)金屬絲,懸掛著一個金屬球.無風時,金屬絲豎直下垂.當受到沿水平方向吹來的風時,金屬絲偏離豎直方向一個角度,風力越大,偏角越大.通過傳感器,就可以根據(jù)偏角的大小指示出風力的大小.那么,風力的大小F跟小球質(zhì)量m、偏角θ之間有什么關系呢?分析:以金屬球為研究對象,有風時,它受到三個力作用重力mg,豎直向下;風力F,水平向左;金屬絲拉力T,沿金屬絲傾斜向上,如圖所示.當風力一定時,金屬球能保持在一定的偏角的位置上,以金屬球的球心為原點,取水平方向為x軸,豎直方向為y軸.由平衡條件列出方程,即可求出風力的大小F跟金屬球質(zhì)量m、偏角θ之間的關系.解:以金屬球為研究對象,受力分析如圖所示.水平方向上的合力Fx合和豎直方向上的合力Fy合分別等于零,即Fx合=Tsinθ-F=0Fy合=Tcos

θ-mg=0有Tsinθ=F,Tcosθ=mg兩式相比,得F=mgtanθ由所得結果可見,當金屬球質(zhì)量m一定時,偏角θ只跟風力F有關,因此,根據(jù)偏角θ的大小就可以指示出風力的大小.小結研究物體平衡的基本思路和基本方法（2）轉化為四力平衡模型——分解法物體受三個共點力平衡時，也可以把其中一個力進行分解(一般采用正交分解法)，從而把三力平衡轉化為四力平衡模型。這種方法稱為分解法。GF1F2F1xF