人教版高三物理总复习 2.3力的平衡及其应用课件 鲁科.ppt

第三节力的平衡及其应用第三节力的平衡及其应用2021/8/9 星期一1基础知识梳理基础知识梳理一、共点力的平衡一、共点力的平衡1共共点点力力：力力的的作作用用点点在在物物体体上上的的_或或力力的的_交交于于一一点点的的几几个个力力叫叫做做共共点点力力能能简简化化成成质质点点的的物物体体受受到到的的力力可可以以视视为为共共点力点力2 平平 衡衡 状状 态态：物物 体体 处处 于于 _状状 态态 或或_状状态态，叫叫做做平平衡衡状状态态(该该状状态态下物体的加速度下物体的加速度为为零零)同一点同一点延延长线长线静止静止匀速直匀速直线线运运动动2021/8/9 星期一2合外力合外力0思考感悟思考感悟竖竖直直上上抛抛运运动动在在最最高高点点时时速速度度为为零零，此此时时物物体体是是处处于平衡状于平衡状态吗态吗？提示：提示：不是速度不是速度为为零，但合外力不零，但合外力不为为零零2021/8/9 星期一3二、平衡条件的推二、平衡条件的推论论1二力平衡二力平衡如如果果物物体体在在两两个个共共点点力力的的作作用用下下处处于于平平衡衡状状态态，这这两两个个力力必必定定大大小小_，方方向向_，为为一一对对_2三力平衡三力平衡如如果果物物体体在在三三个个共共点点力力的的作作用用下下处处于于平平衡衡状状态态，其其中中任任意意两两个个力力的的_一一定定与与第第三三个个力力大大小小_、方向、方向_3多力平衡多力平衡如如果果物物体体受受多多个个力力作作用用处处于于平平衡衡状状态态，其其中中任任何何一一个个力力与与其其余余力力的的_大大小小_，方方向向_相等相等相反相反平衡力平衡力合力合力相等相等相反相反合力合力相等相等相反相反2021/8/9 星期一4课堂互动讲练课堂互动讲练一、解决共点力平衡问题的常用方法一、解决共点力平衡问题的常用方法方法方法内容内容分解法分解法物体受到几个力的作用，将某一个力按物体受到几个力的作用，将某一个力按力的效果力的效果进进行分解，行分解，则则其分力和其他力其分力和其他力在所分解的方向上在所分解的方向上满满足平衡条件足平衡条件合成法合成法物体受几个力的作用，通物体受几个力的作用，通过过合成的方法合成的方法将它将它们简们简化成两个力，化成两个力，这这两个力两个力满满足二足二力平衡条件力平衡条件2021/8/9 星期一5方法方法内容内容正交分正交分解法解法将将处处于平衡状于平衡状态态的物体所受的力，分解的物体所受的力，分解为为相互正交的两相互正交的两组组，每一，每一组组的力都的力都满满足二力足二力平衡条件平衡条件力的三力的三角形法角形法物体受同一平面内三个互不平行的力的作物体受同一平面内三个互不平行的力的作用平衡用平衡时时，这这三个力的矢量箭三个力的矢量箭头头首尾相接，首尾相接，构成一个矢量三角形，反之，若三个力的构成一个矢量三角形，反之，若三个力的矢量箭矢量箭头头首尾相接恰好构成三角形，首尾相接恰好构成三角形，则这则这三个力的合力必三个力的合力必为为零，利用三角形定零，利用三角形定则则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知数学知识识可求解未知力可求解未知力2021/8/9 星期一6方法方法内容内容图图解法解法对对研究研究对对象在状象在状态变态变化化过过程中的若干状程中的若干状态态进进行受力分析，依据某一参量的行受力分析，依据某一参量的变变化，在化，在同一同一图图中作出物体在若干状中作出物体在若干状态态下力的平衡下力的平衡图图(力的平行四力的平行四边边形形)，再由，再由动态动态力的平行力的平行四四边边形各形各边长边长度度变变化及角度化及角度变变化确定力的化确定力的大小及方向的大小及方向的变变化情况化情况相似三相似三角形法角形法通常通常寻寻找的是一个力的矢量三角形与几何找的是一个力的矢量三角形与几何边长边长三角形相似，当三角形相似，当题题目中告目中告诉诉一些一些边长边长关系关系时时往往要用往往要用这这种方法但种方法但这这种方法种方法仅仅能能处处理三力平衡理三力平衡问题问题2021/8/9 星期一7名名师师点点睛睛：图图解解分分析析法法和和相相似似三三角角形形法法是是解解决决三三力力平平衡衡动动态态问问题题的的最最常常用用的的方方法法，矢矢量量三三角角形形的的一一边边、一一角角恒恒定定时时用用图图解解分分析析法法；矢矢量量三三角角形形的的角角度度都都发发生生变变化化，但但已已知知几几何何边边长长关关系系时时用用相相似似三角形法三角形法2021/8/9 星期一8即即时应时应用用1(2010年高考江苏卷年高考江苏卷)如图如图231所示，置于所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机的照相机三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成30角，则每根支架中承受的压力大小为角，则每根支架中承受的压力大小为()图图2312021/8/9 星期一92021/8/9 星期一10二、共点力平衡问题解题的一般步骤二、共点力平衡问题解题的一般步骤1选取研究对象选取研究对象根据题目要求，选取某物体根据题目要求，选取某物体(整体或局部整体或局部)作为研究对作为研究对象，在平衡问题中，研究对象常有三种情况：象，在平衡问题中，研究对象常有三种情况：(1)单个物体若是有关共点力平衡的问题，可以将单个物体若是有关共点力平衡的问题，可以将物体受到的各个力的作用点全都画到物体的几何中物体受到的各个力的作用点全都画到物体的几何中心上；否则各个力的作用点不能随便移动，应画在心上；否则各个力的作用点不能随便移动，应画在实际作用位置上实际作用位置上(2)多个物体多个物体(系统系统)在分析外力对系统的作用时，用在分析外力对系统的作用时，用整体法；在分析系统内各物体间的相互作用时，用整体法；在分析系统内各物体间的相互作用时，用隔离法，其关键是找物体之间的联系，相互作用力隔离法，其关键是找物体之间的联系，相互作用力是它们相互联系的纽带是它们相互联系的纽带2021/8/9 星期一11(3)几个物体的结点几根绳或绳和棒之间的结点常几个物体的结点几根绳或绳和棒之间的结点常常是平衡问题的研究对象常是平衡问题的研究对象2分析研究对象的受力情况，并作出受力图分析研究对象的受力情况，并作出受力图(1)确定物体受到哪些力的作用，不能添力，也不能确定物体受到哪些力的作用，不能添力，也不能漏力受力分析通常按重力、弹力、摩擦力等顺序漏力受力分析通常按重力、弹力、摩擦力等顺序来分析来分析(2)准确画出受力示意图，力的示意图关键是力的方准确画出受力示意图，力的示意图关键是力的方向要确定，要养成准确画图的习惯向要确定，要养成准确画图的习惯3选取研究方法选取研究方法合成法或分解法合成法或分解法2021/8/9 星期一12在解题中是采用合成法还是分解法应视具体问题在解题中是采用合成法还是分解法应视具体问题而定，通常利用正交分解法求解平衡问题而定，通常利用正交分解法求解平衡问题4利用平衡条件建立方程并求解利用平衡条件建立方程并求解(1)利用合成法分析问题时，其平衡方程为：利用合成法分析问题时，其平衡方程为：F合合0.(2)利用分解法特别是正交分解法分析平衡问题时，利用分解法特别是正交分解法分析平衡问题时，其平衡方程为：其平衡方程为：Fx0，Fy0.(3)关于坐标轴的选取，一般选外力多的方向为坐关于坐标轴的选取，一般选外力多的方向为坐标轴，使力的分解个数少，简化计算标轴，使力的分解个数少，简化计算2021/8/9 星期一13名名师师点点睛睛：(1)物物体体受受三三个个力力平平衡衡时时，利利用用力力的的合成法比合成法比较简单较简单(2)解解平平衡衡问问题题建建立立坐坐标标系系时时应应使使尽尽可可能能多多的的力力与与坐坐标标轴轴重重合合，使使需需要要分分解解的的力力最最少少物物体体受受四个以上的力作用四个以上的力作用时时一般要采用正交分解法一般要采用正交分解法(3)对对力的大小定性分析力的大小定性分析时时，一般要用，一般要用图图解法解法2021/8/9 星期一14经典题型探究经典题型探究题型一题型一图解法求解动态平衡问题图解法求解动态平衡问题 如图如图232所示，把球夹在竖直墙面所示，把球夹在竖直墙面AC和木板和木板BC之间，不计摩擦，球对墙的压力为之间，不计摩擦，球对墙的压力为N1，球对板的压力为，球对板的压力为N2，在将板，在将板BC逐渐放至水逐渐放至水平的过程中，下列说法正确的是平的过程中，下列说法正确的是()例例例例1 12021/8/9 星期一15图图2322021/8/9 星期一16AN1和和N2都增大都增大BN1和和N2都减小都减小CN1增大，增大，N2减小减小DN1减小，减小，N2增大增大【思思路路点点拨拨】画画出出某某一一状状态态的的受受力力分分析析图图，研研究究变变量量和和不不变变量量，寻寻找找平平行行四四边边形形(矢矢量量三三角角形形)边边角角变变化情况化情况2021/8/9 星期一17【解解析析】此此为为一一动动态态平平衡衡问问题题受受力力情情况况虽虽有有变变化，但球始化，但球始终处终处于平衡状于平衡状态态对对球球受受力力分分析析如如图图233所所示示，受受重重力力G、墙墙对对球球的的支支持持力力N1和和板板对对球球的的支支持持力力N2而而平平衡衡作出作出N1和和N2的合力的合力F，它与，它与G等大反向等大反向图图2332021/8/9 星期一18当当板板BC逐逐渐渐放放至至水水平平的的过过程程中中，N1的的方方向向不不变变，大大小小逐逐渐渐减减小小，N2的的方方向向发发生生变变化化，大大小小也也逐逐渐渐减减小小；由由牛牛顿顿第第三三定定律律可可知知：N1N1，N2N2，故，故选项选项B正确正确【答案答案】B【规规律律总总结结】判判断断动动态态平平衡衡中中各各力力的的变变化化情情况况是是一一种种常常见见题题型型总总结结其其特特点点有有：合合力力大大小小和和方方向向都都不不变变；一一个个分分力力的的方方向向不不变变，分分析析另另一一个个分分力力方方向向变变化化时时两两个个分分力力大大小小的的变变化化情情况况用用图图解解法具有法具有简单简单、直、直观观的的优优点点2021/8/9 星期一19题型二题型二相似三角形法解平衡问题相似三角形法解平衡问题 一轻杆一轻杆BO，其，其O端用光滑铰链铰于固定端用光滑铰链铰于固定竖直杆竖直杆AO上，上，B端挂一重物，且系一细绳，细端挂一重物，且系一细绳，细绳跨过杆顶绳跨过杆顶A处的光滑小滑轮，用力处的光滑小滑轮，用力F拉住，如拉住，如图图234所示现将细绳缓慢往左拉，使杆所示现将细绳缓慢往左拉，使杆BO与杆与杆AO间的夹角间的夹角逐渐减小，则在此过程中，逐渐减小，则在此过程中，拉力拉力F及杆及杆OB所受压力所受压力N的大小变化情况是的大小变化情况是()例例例例2 22021/8/9 星期一20图图2342021/8/9 星期一21AN先减小，后增大先减小，后增大BN始始终终不不变变CF先减小，后增大先减小，后增大DF始始终终不不变变【思思路路点点拨拨】以以B点点受受力力分分析析画画出出力力的的平平行行四四边边形形，利利用用与与原原几几何何图图形形相相似似的的特特点点列列方方程程求求解解2021/8/9 星期一22【解解析析】取取BO杆杆的的B端端为为研研究究对对象象，受受到到绳绳子子拉拉力力(大大小小为为F)、BO杆杆的的支支持持力力N和和悬悬挂挂重重物物的的绳绳子子的的拉拉力力(大大小小为为G)的的作作用用，将将N与与G合合成成，其其合合力力与与F等等值值反反向向，如如图图235所所示示，得得到到一一个个力力三三角角形形(如如图图中中画画斜斜线线部部分分)，此此力力三三角角形形与与几几何何三三角角形形OBA相相似似，可可利利用用相相似似三三角角形形对对应边成比例来解应边成比例来解2021/8/9 星期一23图图2352021/8/9 星期一24【答案答案】B【规规律律总总结结】相相似似三三角角形形法法也也是是解解平平衡衡问问题题的的常常用用方方法法此此类类问问题题的的特特点点是是在在原原几几何何图图形形中中有有固固定定边边长长，受受力力分分析析的的力力的的矢矢量量三三角角形形与与几几何何图图形相似形相似2021/8/9 星期一25 (满分样板满分样板14分分)物体的质量为物体的质量为2 kg，两根，两根轻细绳轻细绳AB和和AC的一端连接于竖直墙上，另一端系的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，在物体上另施加一个方向与水平线成于物体上，在物体上另施加一个方向与水平线成角的拉力角的拉力F，相关几何关系如图，相关几何关系如图236所示，所示，60，若要使绳都能伸直，求拉力，若要使绳都能伸直，求拉力F的大小范围的大小范围(g取取10 m/s2)例例例例3 3题型三题型三平衡中的临界与极值问题平衡中的临界与极值问题2021/8/9 星期一26图图2362021/8/9 星期一27【思思路路点点拨拨】解解决决此此题题的的关关键键是是思思考考以以下下两两问问题题：(1)物物体体受受到到几几个个力力的的作作用用，需需要要用用矢矢量量三三角角形形法法还还是用正交分解法解决是用正交分解法解决问题问题？(2)若若要要使使两两绳绳都都伸伸直直，则则必必须须保保证证两两绳绳的的拉拉力力符符合什么合什么临临界条件？界条件？2021/8/9 星期一28解解题样题样板板作作出出物物体体A受受力力分分析析图图如如图图237所所示示，由由平平衡条件得衡条件得图图2372021/8/9 星期一292021/8/9 星期一302021/8/9 星期一31【规规律律总总结结】解解决决此此类类问问题题的的关关键键是是通通过过审审题题，挖挖掘掘出出临临界界条条件件作作为为解解决决问问题题的的突突破破口口解解答答平平衡衡物物体体的的临临界界问问题题时时常常用用假假设设法法，运运用用假假设设法法的的基基本本步步骤骤是是：明明确确研研究究对对象象；画画受受力力图图；假假设设可可能能发发生生的的临临界界现现象象；列列出出满满足所足所发发生的生的临临界界现现象的平衡方程求解象的平衡方程求解2021/8/9 星期一322021/8/9 星期一33