高中物理 5.3力的平衡　平衡条件的应用课件 鲁教必修1.ppt

第第3节节力的平衡平衡条件的力的平衡平衡条件的应应用用2021/8/11 星期三11知道平衡状知道平衡状态态和共点力的平衡条件和共点力的平衡条件2知道知道稳稳度的概念和影响度的概念和影响稳稳度大小的因素度大小的因素3会利用共点力平衡的条件解答平衡会利用共点力平衡的条件解答平衡问题问题4了解静了解静态态平衡、物体在某方向的平衡平衡、物体在某方向的平衡2021/8/11 星期三21猴子能猴子能够轻够轻松地倒挂在松地倒挂在树树枝上，当其倒挂在枝上，当其倒挂在树树枝上静止枝上静止时时，下列，下列说说法正确的是法正确的是()A树树枝枝对对猴子的作用力和猴子所受的重力是一猴子的作用力和猴子所受的重力是一对对平衡力平衡力B猴子猴子对树对树枝的作用力和猴子所受的重力是一枝的作用力和猴子所受的重力是一对对平衡力平衡力C猴子猴子对树对树枝的作用力和枝的作用力和树树枝枝对对猴子的作用力是猴子的作用力是一一对对平衡力平衡力D猴子很猴子很轻轻，其重力不需要平衡就能静止在空中，其重力不需要平衡就能静止在空中【答案答案】A2021/8/11 星期三32021/8/11 星期三4【解析解析】可以先将可以先将F1、F2两个力进行合成，合两个力进行合成，合力为力为8 N，方向向右，木块处于静止状态，所以，方向向右，木块处于静止状态，所以木块还受到向左的摩擦力木块还受到向左的摩擦力8 N撤去撤去F1后，木块后，木块受受2 N的推力，方向向左，的推力，方向向左，所以木块受所以木块受2 N的摩擦的摩擦力，方向向右，水平方向合力为零故正确答案力，方向向右，水平方向合力为零故正确答案为为D.【答案答案】D2021/8/11 星期三51什么是平衡状什么是平衡状态态？2物体物体处处于平衡状于平衡状态态的条件是什么？的条件是什么？3有哪些有用的推有哪些有用的推论论？4什么叫物体的静什么叫物体的静态态平衡？平衡？2021/8/11 星期三6一、共点力作用下物体的平衡条件一、共点力作用下物体的平衡条件1平衡状平衡状态态和共点力平衡和共点力平衡(1)平衡状平衡状态态：物体：物体_或或_的状的状态态(2)共点力的平衡：物体受到共点力的平衡：物体受到_作用，且作用，且处处于于_状状态态保持静止保持静止匀速直匀速直线线运运动动共点力共点力静止或匀速直静止或匀速直线线运运动动2021/8/11 星期三72平衡条件平衡条件(1)共点力平衡条件：物体所受共点力的共点力平衡条件：物体所受共点力的_为为零，即零，即_.(2)平衡条件的推平衡条件的推论论物体受几个力而平衡，其中任意一个力与其他几物体受几个力而平衡，其中任意一个力与其他几个力的合力必然大小个力的合力必然大小_、方向、方向_，且作，且作用在用在_表示表示这这个物体所受力的矢个物体所受力的矢量首尾相接可构成一量首尾相接可构成一_合力合力F合合0相等相等相反相反一条直一条直线线上上封封闭闭多多边边形形2021/8/11 星期三8二、平衡的种二、平衡的种类类和和稳稳度度1平衡的种平衡的种类类及特点及特点种种类类特点特点按按重重心心高高度度变变化化不不稳稳定平定平衡衡物体受到外力的微小物体受到外力的微小扰动扰动而偏离平衡而偏离平衡位置，其重心位置，其重心_，在重力作用下，在重力作用下不能重新回到平衡位置而失去不能重新回到平衡位置而失去_的平衡的平衡稳稳定定平衡平衡物体受到外力的微小物体受到外力的微小扰动扰动而偏离平衡而偏离平衡位置，其重心位置，其重心_，在重力作用下，在重力作用下能自能自动动回到回到_，继续继续保持保持_的平衡的平衡降低降低平衡平衡升高升高平衡平衡平衡平衡2021/8/11 星期三9种种类类特点特点按重按重心高心高度度变变化化随遇随遇平衡平衡物体受到外力的微小物体受到外力的微小扰动扰动而偏离而偏离平衡位置后，重心平衡位置后，重心_，始始终终保持保持_的平衡的平衡按速按速度受度受力特力特点点静静态态平衡平衡处处于于_的平衡状的平衡状态态，合外力，合外力_动态动态平衡平衡速度不速度不为为零，合外力零，合外力_高度不高度不变变平衡平衡静止静止为为零零为为零零2021/8/11 星期三102.稳稳度概念及影响度概念及影响稳稳度的因素度的因素(1)稳稳度：物体的度：物体的_(2)影响因素：重心的影响因素：重心的_和支持面的和支持面的_，重心越重心越_，支持面越大，支持面越大，稳稳度就越大度就越大稳稳定程度定程度高度高度大小大小低低2021/8/11 星期三111.将两脚左右分开，使两足间的距离约为将两脚左右分开，使两足间的距离约为30 cm左右你能从双脚站立不变姿势地改为单左右你能从双脚站立不变姿势地改为单足站立吗？试一试，并说明可能或不可能的足站立吗？试一试，并说明可能或不可能的原因仔细体验一下，你是如何从双足站立原因仔细体验一下，你是如何从双足站立而变为单足站立的？而变为单足站立的？2021/8/11 星期三12【提示提示】若保持双脚站立的姿势不变改为单若保持双脚站立的姿势不变改为单足站立，是不可能的因为两脚左右分开，使足站立，是不可能的因为两脚左右分开，使两足间的距离约为两足间的距离约为30 cm左右，人体的重心和人左右，人体的重心和人体在同一个竖直面上，重心的作用线大致落在体在同一个竖直面上，重心的作用线大致落在两足中间假设单足站立能够平衡，重心的作两足中间假设单足站立能够平衡，重心的作用线就转移到一只脚上，在保持姿势不变的情用线就转移到一只脚上，在保持姿势不变的情况下，是无法做到的从双足站立而变为单足况下，是无法做到的从双足站立而变为单足站立，身体应该逐渐倾斜，将重心转移到一只站立，身体应该逐渐倾斜，将重心转移到一只脚上脚上2021/8/11 星期三13三、平衡条件的三、平衡条件的应应用用1物体的静物体的静态态平衡：物体所受力的平衡：物体所受力的_为为零，零，处处于于_的平衡状的平衡状态态2物体在某方向的平衡：运物体在某方向的平衡：运动动的物体在某一方的物体在某一方向上向上_时时，在，在该该方向上方向上处处于于_状状态态合力合力静止静止合力合力为为零零平衡平衡2021/8/11 星期三14一、一、对对物体的平衡状物体的平衡状态态的理解的理解1从从动动力学的角度理解：力学的角度理解：处处于平衡状于平衡状态态的物体所的物体所受的合外力受的合外力为为零，反零，反过过来物体受到的合外力来物体受到的合外力为为零，零，它一定它一定处处于平衡状于平衡状态态2从运从运动动学的角度理解学的角度理解平衡状平衡状态态的物体的物体处处于静止或匀速直于静止或匀速直线线运运动动状状态态，此种状此种状态态其加速度其加速度为为零即零即处处于平衡状于平衡状态态的物体的物体加速度加速度为为零，反零，反过过来加速度来加速度为为零的物体一定零的物体一定处处于于平衡状平衡状态态2021/8/11 星期三153静静态态平衡与平衡与动态动态平衡平衡(1)静静态态平衡是平衡是处处于静止状于静止状态态的平衡，合力的平衡，合力为为零零(2)动态动态平衡是匀速直平衡是匀速直线线运运动动状状态态的平衡，合力的平衡，合力为为零零4平衡状平衡状态态和平衡条件不同和平衡条件不同(1)平衡状平衡状态态指物体的匀速直指物体的匀速直线线运运动动或静止状或静止状态态，平衡，平衡条件是指要使物体保持平衡状条件是指要使物体保持平衡状态时态时，作用在物体上的力，作用在物体上的力要要满满足的条件足的条件(2)力的平衡是作用在同一物体上的几个力所力的平衡是作用在同一物体上的几个力所满满足的一足的一种关系，物体的平衡是物体所种关系，物体的平衡是物体所处处的一种状的一种状态态力的平衡力的平衡是物体平衡的条件，物体平衡是力的平衡的是物体平衡的条件，物体平衡是力的平衡的结结果果2021/8/11 星期三16(1)速度速度v0，合力，合力F合合0，物体处于平衡状，物体处于平衡状态态(2)速度速度v0的时刻，的时刻，F合合0，物体不是处于，物体不是处于平衡状态平衡状态2021/8/11 星期三171.物体在共点力作用下，下列物体在共点力作用下，下列说说法中正确的是法中正确的是()A物体的速度在某一物体的速度在某一时时刻等于零刻等于零时时，物体就一定，物体就一定处处于平衡状于平衡状态态B物体相物体相对对另一物体保持静止另一物体保持静止时时，物体一定，物体一定处处于平于平衡状衡状态态C物体所受合外力物体所受合外力为为零零时时，就一定，就一定处处于平衡状于平衡状态态D物体做匀加速运物体做匀加速运动时动时，物体，物体处处于平衡状于平衡状态态2021/8/11 星期三18【解析解析】本题考查对平衡状态的判断，处于平衡本题考查对平衡状态的判断，处于平衡状态的物体从运动形式上是处于静止或匀速直线运状态的物体从运动形式上是处于静止或匀速直线运动状态，从受力上看，物体所受合外力为零某一动状态，从受力上看，物体所受合外力为零某一时刻速度为零的物体，受力不一定为零，故不一定时刻速度为零的物体，受力不一定为零，故不一定处于平衡状态，处于平衡状态，A错误；物体相对另一物体静止时，错误；物体相对另一物体静止时，该物体不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此时物体处于非平衡状态，该物体也做变速运动，此时物体处于非平衡状态，故故B错误；错误；C选项符合平衡条件的判断，为正确选项；选项符合平衡条件的判断，为正确选项；物体做匀加速运动，所受合外力不为零，所以不是物体做匀加速运动，所受合外力不为零，所以不是平衡状态，故平衡状态，故D错误，选错误，选C.【答案答案】C2021/8/11 星期三19二、由平衡条件得出的二、由平衡条件得出的结论结论1物体在两个力作用下物体在两个力作用下处处于平衡状于平衡状态态，则这则这两个力两个力必定等大反向共必定等大反向共线线，是一，是一对对平衡力平衡力2物体在三个共点力作用下物体在三个共点力作用下处处于平衡状于平衡状态时态时，任意，任意两个力的合力与第三个力等大反向共两个力的合力与第三个力等大反向共线线3物体受物体受N个共点力作用个共点力作用处处于平衡状于平衡状态时态时，其中任，其中任意一个力与剩余意一个力与剩余(N1)个力的合力一定等大反向共个力的合力一定等大反向共线线4当物体当物体处处于平衡状于平衡状态时态时，沿任意方向物体所受的，沿任意方向物体所受的合力均合力均为为零零2021/8/11 星期三202021/8/11 星期三21【解析解析】物体受重力物体受重力mg、拉力、拉力T、支持力、支持力N和摩和摩擦力擦力f共同作用处于平衡状态，则四个力的合力为共同作用处于平衡状态，则四个力的合力为零，即有零，即有f与与T的合力的大小等于重力和支持力的合的合力的大小等于重力和支持力的合力的大小，方向相反力的大小，方向相反【答案答案】C2021/8/11 星期三222021/8/11 星期三23【解析解析】在共点力作用下处于平衡状态的物体，在共点力作用下处于平衡状态的物体，必然同时具备两个特点：从运动状态来说，物体保必然同时具备两个特点：从运动状态来说，物体保持静止或匀速运动，加速度为零；从受力情况来说，持静止或匀速运动，加速度为零；从受力情况来说，合力为零合力为零显然，静止在粗糙斜面上的物体和匀速行驶的汽车显然，静止在粗糙斜面上的物体和匀速行驶的汽车都处于平衡状态，而沿光滑斜面由静止加速下滑的都处于平衡状态，而沿光滑斜面由静止加速下滑的物体，加速度不等于零，不处于平衡状态，做自由物体，加速度不等于零，不处于平衡状态，做自由落体运动的物体在刚开始下落时，尽管速度落体运动的物体在刚开始下落时，尽管速度v0，但加速度但加速度ag0，合力，合力FG0，故也不处于平衡，故也不处于平衡状态状态【答案答案】AC2021/8/11 星期三24判断物体是否处于平衡状态的方法：判断物体是否处于平衡状态的方法：(1)根据物体的运动状态根据物体的运动状态(看运动状态是静止，还是看运动状态是静止，还是匀速运动匀速运动)(2)根据物体的受力情况根据物体的受力情况(看合力是否为零看合力是否为零)2021/8/11 星期三2511：下列：下列说说法中表明物体法中表明物体处处于平衡状于平衡状态态的的是是()A物体做匀速直物体做匀速直线线运运动动B物体静止物体静止C物体做匀加速直物体做匀加速直线线运运动动D物体做匀物体做匀变变速直速直线线运运动动2021/8/11 星期三26【解析解析】只有物体保持静止或物体做匀速直线只有物体保持静止或物体做匀速直线运动运动(或物体的速度保持不变或物体的速度保持不变)才说明物体处于平才说明物体处于平衡状态衡状态C选项中物体做匀加速直线运动和选项中物体做匀加速直线运动和D选项选项中物体做匀变速直线运动速度的大小在变，所以中物体做匀变速直线运动速度的大小在变，所以不正确正确选项为不正确正确选项为A、B.【答案答案】AB2021/8/11 星期三272021/8/11 星期三282021/8/11 星期三292021/8/11 星期三30当当T2达到最大值达到最大值200 N时，时，mPg115.6 N，T1231.2 N200 N由此可看出，由此可看出，AC段绳的拉力达段绳的拉力达到最大值，到最大值，BC段绳的拉力已经超过其最大承受拉段绳的拉力已经超过其最大承受拉力，在该条件下，力，在该条件下，BC段绳子早已断裂从以上分段绳子早已断裂从以上分析可知，析可知，C点悬挂物体的重力最多为点悬挂物体的重力最多为100 N，这时，这时BC段绳子即将拉断段绳子即将拉断2021/8/11 星期三31【答案答案】100 NBC2021/8/11 星期三32处理平衡问题的物理思想方法：处理平衡问题的物理思想方法：(1)力的合成法力的合成法物体受三个共点力作用而平衡时，其中任意两个物体受三个共点力作用而平衡时，其中任意两个力的合力必跟第三个力等大反向共线可利用力力的合力必跟第三个力等大反向共线可利用力的平行四边形定则，根据正弦定理、余弦定理或的平行四边形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解相似三角形等数学知识求解2021/8/11 星期三332021/8/11 星期三342021/8/11 星期三35【答案答案】A2021/8/11 星期三362021/8/11 星期三372021/8/11 星期三382021/8/11 星期三39当板当板BC逐渐放至水平的过程中，逐渐放至水平的过程中，N1的方向不的方向不变，大小逐渐减小，变，大小逐渐减小，N2的方向发生变化，大的方向发生变化，大小也逐渐减小；如右上图所示，由牛顿第三小也逐渐减小；如右上图所示，由牛顿第三定律可知：定律可知：N1N1，N2N2，故答案，故答案B正确正确2021/8/11 星期三402021/8/11 星期三41N2G/cos 当板当板BC逐渐放至水平的过程中，逐渐放至水平的过程中，逐逐渐减小，所以由上式可知，渐减小，所以由上式可知，N1减小，减小，N2也减小，也减小，由牛顿第三定律可知，由牛顿第三定律可知，N1N，N2N，故答案，故答案B正确正确【答案答案】B2021/8/11 星期三42动态平衡问题的解题方法动态平衡问题的解题方法(1)图解法：对研究对象进行受力分析，用平行四图解法：对研究对象进行受力分析，用平行四边形定则画出不同状态下力的矢量图，然后根据边形定则画出不同状态下力的矢量图，然后根据有向线段长度的变化判断各力的变化情况有向线段长度的变化判断各力的变化情况利用图解法解题的条件利用图解法解题的条件物体受三个力的作用而处于平衡状态物体受三个力的作用而处于平衡状态一个力不变，另一个力的方向不变，第三个力一个力不变，另一个力的方向不变，第三个力的大小、方向均变化的大小、方向均变化(2)解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，列出平衡方程、写出函数关系式，再根据自变量列出平衡方程、写出函数关系式，再根据自变量的变化进行分析，得出结论的变化进行分析，得出结论2021/8/11 星期三432021/8/11 星期三442021/8/11 星期三45T3是是T1与与T2的合力，且的合力，且T3T3.在在A点向上移动的点向上移动的过程中，过程中，T3的大小和方向都保持不变，的大小和方向都保持不变，T2的方向的方向保持不变由图解法可知，当绳保持不变由图解法可知，当绳OA垂直于垂直于OB时，时，绳绳OA中的拉力最小，所以，绳中的拉力最小，所以，绳OA的拉力先减小的拉力先减小后增大，绳后增大，绳OB的拉力逐渐减小的拉力逐渐减小【答案答案】BD2021/8/11 星期三46在在处处理力的平衡理力的平衡问题问题的的时时候，受力分析和分候，受力分析和分步分段步分段处处理理问题问题的思的思维习惯维习惯没有形成，凌乱没有形成，凌乱的思路很容易的思路很容易导导致致错误错误的的产产生生2021/8/11 星期三47质质量量为为10 kg的物体放在水平面上，它与水平面的物体放在水平面上，它与水平面间间的的动动摩擦因数摩擦因数为为0.2，在与水平方向成，在与水平方向成30角角的拉力的拉力F作用下匀速运作用下匀速运动动求求F的大小的大小(g10 m/s2)2021/8/11 星期三482021/8/11 星期三492021/8/11 星期三50【错因分析错因分析】造成错解的原因主要有以下三个造成错解的原因主要有以下三个方面：方面：(1)没有养成画受力图的好习惯；没有养成画受力图的好习惯；(2)片面地片面地认为正压力就是重力；认为正压力就是重力；(3)不善于根据物理规律不善于根据物理规律(定律、定理等定律、定理等)分步列出方程分步列出方程所谓正压力指垂直于接触面的相互挤压力，与重所谓正压力指垂直于接触面的相互挤压力，与重力没有必然的联系如下图所示，甲中正压力与力没有必然的联系如下图所示，甲中正压力与重力相等，乙中正压力小于重力，丙中正压力与重力相等，乙中正压力小于重力，丙中正压力与重力无关重力无关2021/8/11 星期三512021/8/11 星期三521下列下列说说法正确的是法正确的是()A只有静止的物体才只有静止的物体才处处于平衡状于平衡状态态B只要物体的速度只要物体的速度为为零，它就一定零，它就一定处处于平于平衡状衡状态态C只要物体的速度不等于零，它一定不只要物体的速度不等于零，它一定不处处于平衡状于平衡状态态D只有加速度只有加速度为为零的物体才零的物体才处处于平衡状于平衡状态态2021/8/11 星期三53【解析解析】物体静止或物体做匀速直线运动就物体静止或物体做匀速直线运动就处于平衡状态，由运动学公式知处于平衡状态，由运动学公式知a0时，物体时，物体静止或做匀速直线运动，故处于平衡状态，平静止或做匀速直线运动，故处于平衡状态，平衡状态与速度大小无关，故衡状态与速度大小无关，故A、B、C均错，均错，D正确正确【答案答案】D2021/8/11 星期三542021/8/11 星期三55【答案答案】D2021/8/11 星期三563长长方体木方体木块块静止在静止在倾倾角角为为的斜面上，那么木的斜面上，那么木块对块对斜面作用力的方向斜面作用力的方向()A沿斜面向下沿斜面向下B垂直斜面向下垂直斜面向下C沿斜面向上沿斜面向上 D竖竖直向下直向下2021/8/11 星期三57【答案答案】D2021/8/11 星期三582021/8/11 星期三59【解析解析】由平衡条件可得：由平衡条件可得：F拉拉cos mg，F拉拉sin F风风，可以看出，可以看出B、D正确正确【答案答案】BD2021/8/11 星期三605如下如下图图所示，水平所示，水平传传送送带带上放一物上放一物块块，当，当传传送送带带向右以速度向右以速度v匀速匀速传动时传动时，物体在，物体在轻弹轻弹簧水平拉力的作用下簧水平拉力的作用下处处于静止状于静止状态态，此，此时弹时弹簧簧的伸的伸长长量量为为x；现现令令传传送送带带向右加速到向右加速到2v，这这时时的的弹弹簧的伸簧的伸长长量量为为x.则则关于关于弹弹簧前、后的簧前、后的伸伸长长量，下列量，下列说说法中正确的是法中正确的是()2021/8/11 星期三61A弹弹簧伸簧伸长长量将减小，即量将减小，即xxC弹弹簧伸簧伸长长量在量在传传送送带带向右加速向右加速时时将有所将有所变变化，最化，最终终xxD弹弹簧伸簧伸长长量在整个量在整个过过程中始程中始终终保持不保持不变变，即始即始终终xx【答案答案】D2021/8/11 星期三622021/8/11 星期三63