3.5 共點(diǎn)力的平衡 課件-高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊

GFfABCFNGx

Gy

θ共點(diǎn)力的平衡一、平衡狀態(tài)1.定義：物體在幾個(gè)力作用下保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，叫平衡狀態(tài)。3.v=0，就是靜止嗎？不是，靜止是一種平衡態(tài)，v=0，如豎直上拋?zhàn)罡唿c(diǎn)，此時(shí)僅受重力，不平衡。緩慢移動(dòng)，是移動(dòng)速度無限小，運(yùn)動(dòng)中各點(diǎn)處于準(zhǔn)“靜止”狀態(tài)，這種狀態(tài)可視為平衡狀態(tài)，蘊(yùn)含著極限思想。2.處于平衡狀態(tài)的物體其加速度是多大？靜止、勻速、緩慢移動(dòng)，加速度a=04.“靜止”和“v=0”的區(qū)別和聯(lián)系v=0合力為0，即a=0時(shí)，靜止，處于平衡狀態(tài)合力不為0，即a≠0時(shí)，不靜止，非平衡態(tài)，如，豎直上拋運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)時(shí)刻

1、二力平衡的條件：二、共點(diǎn)力的平衡條件兩個(gè)力等大、反向，共線。即：合力為零。F拉mg·

如果物體受到三個(gè)力的作用保持平衡，這三個(gè)力什么關(guān)系呢？根據(jù)平行四邊形定則，求任意兩個(gè)力的合力，這二力合力與第三力等大反向，它與第三個(gè)力平衡；最終把三力平衡問題轉(zhuǎn)化為二力平衡問題。即可得三個(gè)力的合力為0。

2、三力平衡的條件：

如果物體受到四個(gè)共點(diǎn)力平衡，我們可以兩個(gè)兩個(gè)的合成，最終合力為0。mgFNF牽Ff3、四力平衡

如果物體受到N個(gè)力的作用平衡，我們可以根據(jù)平行四邊形定則，任意一個(gè)力與其余各力的合力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，最終把多力平衡問題轉(zhuǎn)化為二力平衡問題。即物體所受的合力為0。4、多力平衡FF′二、共點(diǎn)力平衡的條件1.條件：共點(diǎn)力平衡的條件是合力為0。2.公式：F合＝0。3.由平衡條件得出的三個(gè)結(jié)論：【例題】生活中常用一根水平繩拉著懸吊重物的繩索來改變或固定懸吊物的位置。如圖懸吊重物的細(xì)繩，其O點(diǎn)被一水平繩BO牽引，使懸繩AO段和豎直方向成θ角，若懸吊物所受的重力為G，則懸繩AO和水平繩BO所受的拉力各等于多少？分析：用幾段繩或輕桿連接的問題，我們要對結(jié)點(diǎn)受力分析方法1：矢量三角形法解析：①結(jié)點(diǎn)O受力分析如圖：F1F2②結(jié)點(diǎn)O靜止，三個(gè)力的合力為零；三力構(gòu)成一個(gè)首尾相連的矢量三角形②平移F1和F2后，三個(gè)力剛好首尾相接組成一個(gè)矢量三角形。F1F2Gθ方法2：正交分解法①如圖，對結(jié)點(diǎn)O受力分析，解得:F1＝G/cosθ，F(xiàn)2＝Gtanθ。F1F2F1xF1y②將F1正交分解在水平、豎直兩個(gè)方向，分別為F1x和F1y。因?yàn)榻Y(jié)點(diǎn)合力為0，因此x、y兩方向上的合力都等于0，則：F2

=F1xF1y

=

G

F2=F1sinθ

F1cosθ=G

【例題2】某幼兒園要在空地上做一個(gè)滑梯，根據(jù)空地的大小，滑梯的水平跨度確定為6m。設(shè)計(jì)時(shí)，滑板和兒童褲料之間的動(dòng)摩擦因數(shù)取0.4，為使兒童在滑梯游戲時(shí)能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？ABC解：①以小孩為研究對象，受力分析Ff＝μFN

由以上各式得：μ=tanθ

可得：h=μ·AC=0.4×6m=2.4mGFfABCFNGx

Gy

θ②將G正交分解在沿斜面、垂直斜面兩個(gè)方向，分別為Gx和Gy。因?yàn)閯蛩?，平衡態(tài)，合力為0，因此x、y兩方向上的合力都等于0，則：

應(yīng)用共點(diǎn)力平衡條件解題的步驟:①明確研究對象(物體、質(zhì)點(diǎn)或繩的結(jié)點(diǎn)等)。②對研究對象進(jìn)行受力分析，并畫出受力示意圖。③三個(gè)力平衡優(yōu)先使用矢量三角形解，四個(gè)以上建立合適的坐標(biāo)系，正交分解后列出平衡方程。④求解方程，并討論結(jié)果。整體法的選用原則：研究系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)整體的作用力，受力分析時(shí)不要再考慮系統(tǒng)內(nèi)力。適用整體法。

甲乙圖中，桿對O點(diǎn)的彈力分別是什么方向？三、活結(jié)繩，死結(jié)繩甲圖：水平向右乙圖：斜向上，與豎直方向夾角60°甲乙兩圖中，0A繩中的張力多大？活結(jié)繩，結(jié)點(diǎn)兩端繩中張力大小相同；死結(jié)繩，結(jié)點(diǎn)兩端繩中張力大小可以不同G=mgTcTcF桿TATcF桿TATA=2TC=2mgTA=TC=mg活結(jié)：能自由滑動(dòng)；死結(jié)：不能自由滑動(dòng)bj四、動(dòng)態(tài)平衡探究緩慢移動(dòng)時(shí)，力的大小變化問題。物體緩慢移動(dòng)時(shí)，一些力的大小和方向可能發(fā)生變化，但物體物體合力任意時(shí)刻仍認(rèn)為為0。由此，展開分析動(dòng)態(tài)平衡，力動(dòng)態(tài)分析常用的三個(gè)方法①力的封閉矢量三角形動(dòng)態(tài)分析②正交分解，列式分析③矢量三角形之相似三角形例1.如圖所示，小球放在光滑的墻與裝有鉸鏈的光滑薄板之間，當(dāng)墻與薄板之間的夾角θ緩慢地增大到90°的過程中(

)A．小球?qū)Φ膲毫p小

B．小球?qū)Ρ“宓膲毫υ龃驝．小球?qū)Φ膲毫ο葴p小后增大D．小球?qū)Ρ“宓膲毫赡苄∮谇虻闹亓F墻F桿分析：緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)桿OA，任意時(shí)刻，都是受這三力，且三力合力為0.任意時(shí)刻，均可構(gòu)成封閉的首尾相連的矢量三角形。由圖，可知θ↑，F(xiàn)墻↓，F(xiàn)桿↓θGF桿F墻GF墻F桿F桿yF桿xF桿x

=F墻F桿y

=

G

F桿sinθ=

G

F桿cosθ=F墻

θ↑，tanθ↑，sinθ↑，故F桿

↓F墻↓如圖所示，一不可伸長的輕繩上端懸掛于O點(diǎn)，下端系一小球現(xiàn)對小球施加一水平拉力F，使小球在圖示位置保持靜止，若保持小球位置不變，將力F方向逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)至與繩垂直的過程中，則（

）A.

力F逐漸增大

B.

力F逐漸減小

C.

力F先減小后增大

D.

力F先增大后減小建議用矢量三角形的方法，直接、便捷、準(zhǔn)確看到力的大小變化以及極值。也可以用正交分解，列式分析，但極值可能不易分析到位。(多選)如圖所示，在傾角為α的斜面上，放一質(zhì)量為m的小球，小球和斜面及擋板間均無摩擦，當(dāng)擋板繞O點(diǎn)逆時(shí)針緩慢地轉(zhuǎn)向水平位置的過程中()A.斜面對球的支持力逐漸增大B.斜面對球的支持力逐漸減小C.擋板對小球的彈力先減小后增大D.擋板對小球的彈力先增大后減小如下圖所示，質(zhì)量分別為mA、mB的A、B兩個(gè)楔形物體疊放在一起，B靠在豎直墻壁上，在力F的作用下，A、B都始終靜止不動(dòng)，則A．墻壁對B的摩擦力大小為（mA＋mB）gB．A、B之間一定有摩擦力作用C．力F增大，墻壁對B的摩擦力也增大D．力F增大，B所受的合外力一定不變?nèi)鐖D所示，傾角為30°的斜面體C質(zhì)量為4m，放置在粗糙的水平地面上，質(zhì)量為4m的物塊B放置在斜面上，輕繩1一端系在B上，另一端繞過光滑定滑輪與另外兩輕繩2、3系于O點(diǎn)，其中輕繩3下端懸掛質(zhì)量為m的物體A，輕繩2與水平方向的夾角為30°。輕繩1在定滑輪左側(cè)的部分與斜面平行，右側(cè)的部分水平，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度為g，下列說法中正確的是A．B受到的摩擦力沿斜面向下B．地面對C的支持力大小為8mgC．地面對C的摩擦力大小為mgD．若不斷增大A的質(zhì)量，整個(gè)系統(tǒng)仍靜止，則B受到的摩擦力將逐漸增大相似三角形法—講如圖所示，AC是上端帶光滑輕質(zhì)定滑輪的固定豎直桿，質(zhì)量不計(jì)的輕桿BC一端通過鉸鏈固定在C點(diǎn)，另一端B懸掛一重力為G的物體，且B端系有一根輕繩并繞過定滑輪，用力F拉繩，開始時(shí)∠BCA>90°，現(xiàn)使∠BCA緩慢變小，直到∠BCA＝30°.此過程中，輕桿BC所受的力()A.逐漸減小 B.逐漸增大C.大小不變 D.先減小后增大

如圖所示，木板B放置在粗糙水平地面上，O為光滑鉸鏈。輕桿一端與鉸鏈O固定連接，另一端固定連接一質(zhì)量為m的小球A?，F(xiàn)將輕繩一端拴在小球A上，另一端通過光滑的定滑輪由力F牽引，定滑輪位于O的正上方，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)改變力F的大小使小球A和輕桿從圖示位置緩慢運(yùn)動(dòng)到正下方，木板始終保持靜止，則在整個(gè)過程中（）A.外力F大小不變B.輕桿對小球的作用力大小不變C.地面對木板支持力逐漸變小D.地面對木板的摩擦力逐漸增大相似三角形法—講練習(xí)（受力分析）如右圖所示，輕繩一端連接放置在水平地面上的物體Q，另一端繞過固定在天花板上的定滑輪與小球P連接，P、Q始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，則A.Q可能受到三個(gè)力的作用B.Q一定受到四個(gè)力的作用C.Q受到的輕繩拉力與重力的合力方向水平向左D.Q受到的輕繩拉力與重力的合力方向指向左下方變式如圖所示，物體a、b和c疊放在水平桌面上，水平力Fb=5N、Fc=10N分別作用于物體b、c上，a、b和c仍保持靜止。以f1、f2、f3分別表示a與b、b與c、c與桌面間的靜摩擦力的大小，則（）A．f1=5N，f2=0、f3=5N B．f1=5N，f2=5N、f3=0C．f1=0，f2=5N、f3=5N D．f1=0，f2=10N、f3=5NC

AD如圖在光滑墻壁上用網(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α，網(wǎng)兜的