共点力的平衡课件 2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册.pptx

3.5 3.5 共点力的平衡共点力的平衡目录contents平衡状态01010202共点力的静态平衡0303共点力的动态平衡0202绳杆模型导入新课 图甲、乙、丙、丁分别画出了重力为图甲、乙、丙、丁分别画出了重力为G G的木棒在力的木棒在力F F1 1和和F F2 2的共同作用下处于平衡状态的共同作用下处于平衡状态的情况，这些力都位于同一平面内。根据每的情况，这些力都位于同一平面内。根据每幅图中各个力作用线的几何关系，可以把上幅图中各个力作用线的几何关系，可以把上述四种情况的受力分成两类，你认为哪些情述四种情况的受力分成两类，你认为哪些情况属于同一类？你是根据什么来划分的？况属于同一类？你是根据什么来划分的？图甲和图丁中木棒所受的力是共点力。图乙和图丙中木棒所受的力不是共点力。图甲和图丁中木棒所受的力是共点力。图乙和图丙中木棒所受的力不是共点力。平平 衡衡 的的 艺艺 术术平衡状态01共点力平衡可以理解为物体受到多个力的合力为共点力平衡可以理解为物体受到多个力的合力为0.0.共点力的平衡条件02mgFN静止在水平地面上的木块处于平衡状态。静止在水平地面上的木块处于平衡状态。二力平衡是最简单的一种共点力平衡二力平衡是最简单的一种共点力平衡1.1.谈谈你对平衡状态的认识？谈谈你对平衡状态的认识？2.2.物体受到物体受到3 3个力平衡的个力平衡的2 2点认识？点认识？注意：注意：物理学中有时出现物理学中有时出现”缓慢缓慢移动移动”也说明物体处于也说明物体处于平衡状态平衡状态.若物体受若物体受3 3个力处于平衡状态有什么特点呢？个力处于平衡状态有什么特点呢？对共点力作用下物体对共点力作用下物体平衡条件平衡条件的理解的理解(1)(1)共点力作用下物体的平衡条件有两种表达式：共点力作用下物体的平衡条件有两种表达式：FF合合0F0Fy y合合0(F0(Fx x合合0)0)其中其中F Fx x合合和和F Fy y合合0 0分别是将力进行正交分解后，分别是将力进行正交分解后，在在x x轴与轴与y y轴上的合力。轴上的合力。(2)(2)由平衡条件得出的三个结论：由平衡条件得出的三个结论：二力作用：等大，反向，共线，是一对平衡力；二力作用：等大，反向，共线，是一对平衡力；三力作用：任两力的合力与第三个力等大、反向、共线；三力作用：任两力的合力与第三个力等大、反向、共线；N N个力作用：任一个力与其他所有力的合力等大，反向、共线；个力作用：任一个力与其他所有力的合力等大，反向、共线；【例题例题1 1】某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.40.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？下，滑梯至少要多高？GFfABCFN模型构建受力分析ABC方法一：正交分解法方法一：正交分解法FfFN 解得解得 tan=可得：可得：h=AC=0.46m=2.4m以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图：以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图：GFN FfxyF1 F2 为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？结合：结合：F Fy y合合0 0；F Fx x合合0 0以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图所示，以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图所示，支持力和摩擦力的合力与重力等值反向支持力和摩擦力的合力与重力等值反向方法二：合成法方法二：合成法FNGGFfABCFfFN 解得解得 tan=可得：可得：h=AC=0.46m=2.4mGFfFN合成法合成法：把物体所受的力合成为两把物体所受的力合成为两个力，则这两个力大小相等、方向个力，则这两个力大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。相反，并且在同一条直线上。正交分解法正交分解法：把物体所受的力把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为每个方向上合力都为0 0。两种方法的特点：两种方法的特点：确定研究对象确定研究对象对研究对象进行受力分析对研究对象进行受力分析根据平衡条件，对研究对象受到的力进行处理，列平衡方程。根据平衡条件，对研究对象受到的力进行处理，列平衡方程。对平衡方程求解对平衡方程求解讨论解的合理性和实际意义讨论解的合理性和实际意义常见的方法有：常见的方法有：正交分解法、正交分解法、合成法、按力的作用效果分解等合成法、按力的作用效果分解等解答共点力平衡问题的一般步骤解答共点力平衡问题的一般步骤动态平衡动态平衡注意：注意：物理学中有时出现物理学中有时出现”缓慢缓慢移动移动”也说明物体处于也说明物体处于平衡状态平衡状态.题型题型1 1：如图，一小球放置在木板与竖直墙面之间：如图，一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对球的压力大小为设墙面对球的压力大小为F FN1N1，球对木板的压力大小为，球对木板的压力大小为 F FN2N2.以木板与墙以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置.不计摩擦，在此过程中不计摩擦，在此过程中()A.FA.FN1N1始终减小，始终减小，F FN2N2始终增大始终增大B.FB.FN1N1始终减小，始终减小，F FN2N2始终减小始终减小C.FC.FN1N1先增大后减小，先增大后减小，F FN2N2始终减小始终减小D.FD.FN1N1先增大后减小，先增大后减小，F FN2N2先减小后增大先减小后增大题型题型2 2：如图，柔软轻绳：如图，柔软轻绳ONON的一端的一端O O固定，其中间某点固定，其中间某点M M拴一重物，用手拉住绳的另一端拴一重物，用手拉住绳的另一端N N，初始时，初始时，O OM M竖直且竖直且 MNMN被拉直，被拉直，OMOM与与MNMN之间的夹角为之间的夹角为(90900 0)。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角a a不变。在不变。在 OM OM由竖由竖直被拉到水平的过程中直被拉到水平的过程中()A.MNA.MN上的张力逐渐增大上的张力逐渐增大B.MNB.MN上的张力先增大后减小上的张力先增大后减小 C.OMC.OM上的张力逐渐增大上的张力逐渐增大D.OMD.OM上的张力先增大后减小上的张力先增大后减小题型题型3 3：轻质细线上端固定，下端悬挂一小球，对小球施加一个大小恒定且小于小球重力的拉力：轻质细线上端固定，下端悬挂一小球，对小球施加一个大小恒定且小于小球重力的拉力F F，开始时拉，开始时拉力方向竖直向上，如图所示。现将拉力力方向竖直向上，如图所示。现将拉力F F在同一竖直平面内沿顺时针方向缓慢转过在同一竖直平面内沿顺时针方向缓慢转过9090。设细线中拉力的大。设细线中拉力的大小为小为 F FT T，细线与竖直方向的夹角为，细线与竖直方向的夹角为，则在拉力，则在拉力F F方向变化的过程中方向变化的过程中()()A.FA.FT T一直增大，一直增大，一直增大一直增大B.FB.FT T一直增大，一直增大，先增大后减小先增大后减小C.FC.FT T先增大后减小，先增大后减小，一直增大一直增大D.FD.FT T先增大后减小，先增大后减小，先增大后减小先增大后减小F题型题型4 4：如图所示，将一根不可伸长、柔软的轻绳两端分别系于：如图所示，将一根不可伸长、柔软的轻绳两端分别系于A A、B B两点上，一物体用动滑轮悬挂在绳子上，两点上，一物体用动滑轮悬挂在绳子上，达到平衡时，两段绳子间的夹角为达到平衡时，两段绳子间的夹角为1 1，绳子中张力为，绳子中张力为T T1 1，将绳子一端由，将绳子一端由B B点移至点移至C C点，待整个系统重新达到平点，待整个系统重新达到平衡时，两段绳子间的夹角为衡时，两段绳子间的夹角为2 2，绳子中张力为，绳子中张力为T T2 2;再将绳子一端由再将绳子一端由C C点移至点移至D D点，待整个系统再次达到平衡时，点，待整个系统再次达到平衡时，两段绳子间的夹角为两段绳子间的夹角为3 3，绳子中张力为，绳子中张力为T T3 3，不计摩擦，则，不计摩擦，则()()A.A.1 1=2 2=3 3 B.B.1 12 2 TT2 2TT3 3 D.TD.T1 1=T=T2 2TT3 3题型题型5 5：如图所示，粗糙的半球放在水平地面上，球心正上方有一光滑的轻质小滑轮，轻绳的一端系一光滑：如图所示，粗糙的半球放在水平地面上，球心正上方有一光滑的轻质小滑轮，轻绳的一端系一光滑小球。靠放在半球上的小球。靠放在半球上的A A点，另一端绕过定滑轮后用力拉住，使小球静止。现缓慢地拉绳，在使小球沿球面点，另一端绕过定滑轮后用力拉住，使小球静止。现缓慢地拉绳，在使小球沿球面上的上的A A点到半球的顶点点到半球的顶点B B的过程中，半球始终未动，下列说法正确的是的过程中，半球始终未动，下列说法正确的是()A.A.半球对小球的支持力变大半球对小球的支持力变大 B.B.绳对小球的拉力变大绳对小球的拉力变大C.C.地面对半球的支持力变大地面对半球的支持力变大 D.D.地面对半球的摩擦力变大地面对半球的摩擦力变大ACBO绳杆模型绳杆模型“动杆动杆”和和“定杆定杆”与与“活结活结”和和“死结死结”问题分析：问题分析：绳：绳：“活结活结”与与“死结死结”注意：同一根绳产生的拉力处处相等注意：同一根绳产生的拉力处处相等AB“活结活结”AB”AB一根绳绕过动滑轮一根绳绕过动滑轮*动滑轮静止时，此时两绳与竖直方向夹角一定相等。动滑轮静止时，此时两绳与竖直方向夹角一定相等。证明：动滑轮静止，处于平衡状态证明：动滑轮静止，处于平衡状态 由水平方向上受力平衡得：由水平方向上受力平衡得：Fsin=FsinFsin=Fsin 则则=“活结活结”“死结死结”AB“死结死结”AB”AB不是一根绳，不是一根绳，可认为是两段绳可认为是两段绳OAOA与与OBOB连接在一起。连接在一起。O*物体静止时，两绳与竖直方向夹角和两绳拉力大小物体静止时，两绳与竖直方向夹角和两绳拉力大小可以不同相等。可以不同相等。由竖直方向上平衡：由竖直方向上平衡：F F1 1coscos+F F2 2coscos=mg=mg由水平方向上平衡：由水平方向上平衡：F F1 1sin=Fsin=F2 2sinsinF1F2由竖直方向上受力平衡可得：由竖直方向上受力平衡可得：2Fcos2Fcos=mg=mg分析可得如图所示分析可得如图所示A A点或点或B B点上下移动点上下移动绳与竖直方向夹角不变则拉力绳与竖直方向夹角不变则拉力F F大小也不变大小也不变。FFmg杆：杆：“动杆动杆”与与“定杆定杆”“动杆动杆”（“转轴转轴”或或“铰链铰链”使杆可绕其自由转动）使杆可绕其自由转动）问题：若对问题：若对“动杆动杆”施加一个外力，其作用施加一个外力，其作用使杆仍保持静止，怎样施加外力？使杆仍保持静止，怎样施加外力？一定是沿杆的方向施加外力一定是沿杆的方向施加外力“动杆动杆”静止时，杆产生的弹力一定沿杆的方向。静止时，杆产生的弹力一定沿杆的方向。“定杆定杆”（杆固定在地面上）（杆固定在地面上）问题：若对问题：若对“定杆定杆”施加一个外力，其作用施加一个外力，其作用使杆仍保持静止，怎样施加外力？使杆仍保持静止，怎样施加外力？可以沿任意方向对杆施加外力可以沿任意方向对杆施加外力“定杆定杆”静止时，杆产生的弹力可以沿任意方向。静止时，杆产生的弹力可以沿任意方向。【例题例题】如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M M、N N上的上的a a、b b两点，悬挂衣服的衣架钩是两点，悬挂衣服的衣架钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，挡衣架静止时，下列说法正确的是（）光滑的，挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，挡衣架静止时，下列说法正确的是（）A A将杆将杆N N向右移一些，绳子拉力变小向右移一些，绳子拉力变小B B绳的右端上移到绳的右端上移到b b，绳子拉力大小不变，绳子拉力大小不变C C绳的两端高度差越小，绳子拉绳的两端高度差越小，绳子拉力越小力越小D D若只换挂质量更大的衣服，则衣服架悬挂点会向若只换挂质量更大的衣服，则衣服架悬挂点会向右移动右移动【例题例题】如图如图a a所示，轻绳所示，轻绳ADAD跨过固定在水平杆跨过固定在水平杆BCBC右端的光滑定滑轮（重力不计）栓接一质量为右端的光滑定滑轮（重力不计）栓接一质量为M M的物体，的物体，；如图；如图b b所示，轻杆所示，轻杆HGHG一端用铰链固定在竖直墙上，另一端通过细绳一端用铰链固定在竖直墙上，另一端通过细绳EGEG拉住，拉住，另一轻绳另一轻绳GFGF悬挂在轻杆的悬挂在轻杆的G G端，也拉住一质量为端，也拉住一质量为M M的物体，重力加速度为的物体，重力加速度为g g。下列说法正确的是（）。下列说法正确的是（）A A图图a a中中BCBC杆对滑轮的作用力大小为杆对滑轮的作用力大小为MgMgB B图图b b中中HGHG杆弹力大小为杆弹力大小为MgMgC C轻绳轻绳ACAC段张力段张力T TACAC与轻绳与轻绳EGEG段张力段张力T TEGEG大小之比为大小之比为1 1：1 1D D轻绳轻绳ACAC段张力段张力T TACAC与轻绳与轻绳EGEG段张力段张力T TEGEG大小之比为大小之比为2 2：1 1A