【教科版】高中物理必修一：41《共点力作用下物体的平衡》课件.ppt

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1、第四章第四章 物体的平衡物体的平衡4.1 共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡高中物理高中物理必修一必修一教科版教科版目标定位目标定位共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡知道物体的平衡状态知道物体的平衡状态.掌握共点力作用下的物体的平衡条件掌握共点力作用下的物体的平衡条件. 会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题 123目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习预习导学预习导学静止静止 匀速直线运动匀速直线运动 一、共点力作用下物体的平衡状态一、共点力作用下物体的平衡状态 目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对

2、点练习对点练习共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡 二、二、共点力作用下物体的平衡条件共点力作用下物体的平衡条件 1.作用在物体上的力作用在物体上的力 2. 0 零零 3.正交分解正交分解 Fx合合0，Fy合合0 想一想：想一想：处于平衡状态的物体的加速度和所受合外处于平衡状态的物体的加速度和所受合外力具有什么特点？力具有什么特点？ 答案：答案：处于平衡状态的物体速度不发生变化处于平衡状态的物体速度不发生变化(v0或或v常数常数)，加速度为，加速度为0；因为；因为a0，根据牛顿第，根据牛顿第二定律知，二定律知，F合合0课堂讲义课堂讲义一、一、共点力及其平衡共点力及其平衡目标定位目标定位

3、预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习1平衡状态：物体在力的作用下保持平衡状态：物体在力的作用下保持静止静止或或匀速直匀速直 线线运动的状态，我们说这个物体处于运动的状态，我们说这个物体处于“平衡状态平衡状态” .2平衡条件：合外力等于平衡条件：合外力等于0，即，即F合合0. 3推论推论 (1)若物体在若物体在两个力两个力作用下处于平衡状态，则这两个作用下处于平衡状态，则这两个力一定力一定等大、反向等大、反向，是一对平衡力，是一对平衡力 (2)若物体在若物体在三个三个共点力作用下处于平衡状态，则共点力作用下处于平衡状态，则任意两个力的合力任意两个力的合力与与第三第三个力个力等大、反向

4、等大、反向共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡课堂讲义课堂讲义目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习(3)若物体在若物体在n个个共点力作用下处于平衡状态，则其中共点力作用下处于平衡状态，则其中 任意任意(n1)个力的合力个力的合力必定与必定与第第n个力个力等大、反向等大、反向 一、一、共点力及其平衡共点力及其平衡(4) 三个分力的合力大小范围的确定三个分力的合力大小范围的确定 最大值：当三个力最大值：当三个力同向同向时，合力时，合力F最大，最大， FmaxF1F2F3.最小值：最小值：a.若其中两个较小分力之和若其中两个较小分力之和(F1F2)大于等大于等 于

5、于第三个分力第三个分力F3时，合力的最小值为零时，合力的最小值为零,即即Fmin0；b.若其中两个若其中两个较小较小分力之和分力之和(F1F2)F3时，时， 合力的最小值合力的最小值FminF3(F1F2)合力的取值范围合力的取值范围FminFFmax.共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡课堂讲义课堂讲义目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习 例例1 下列物体中处于下列物体中处于平衡状态的是平衡状态的是()A静止在粗糙斜面上的静止在粗糙斜面上的 物体物体B沿光滑斜面下滑的物沿光滑斜面下滑的物 体体C在平直路面上匀速行在平直路面上匀速行 驶的汽车驶的汽车D做自由

6、落体运动的物做自由落体运动的物 体在刚开始下落的一体在刚开始下落的一 瞬间瞬间 合力为零，处于匀速直线合力为零，处于匀速直线或静止状态或静止状态 F合合mgsin只受重力作用只受重力作用，合力不为零，合力不为零AC 共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡课堂讲义课堂讲义目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习例例2 已知一个物体受到已知一个物体受到100个力的作用处于静止个力的作用处于静止状态，现把其中一个大状态，现把其中一个大小为小为8 N的力转过的力转过90，其余的力不变，求此时其余的力不变，求此时物体的合力。物体的合力。 合力为零合力为零解析解析 与其余与其

7、余99个力的合力个力的合力大小相等，方向相反大小相等，方向相反 8 NF998 N8 NF合合2288 N8 2 NF合共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡课堂讲义课堂讲义目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习 例例3 物体在下列几组物体在下列几组共点力作用下可能处于共点力作用下可能处于平衡状态的一组是（平衡状态的一组是（ ）A3 N、4 N、5 N B3 N、5 N、9 NC4 N、6 N、11 N D5 N、6 N、12 N 合力为零合力为零0NF合合12NA2NF合合17N1NF合合21N1NF合合23N共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡课堂讲

8、义课堂讲义目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习1如果三个共点力作用下物体处于平衡状态，则这如果三个共点力作用下物体处于平衡状态，则这 三个力的三个力的任意两个任意两个力的合力一定力的合力一定与第三个力大小与第三个力大小 相等，方向相反相等，方向相反，且作用在一条直线上这样三，且作用在一条直线上这样三 个力的大小可构成三角形三边的关系个力的大小可构成三角形三边的关系 二、二、利用直角三角形法解平衡问题利用直角三角形法解平衡问题2如果作出的是如果作出的是直角直角三角形，可用解直角三解形三角形，可用解直角三解形 的知识求解，如的知识求解，如三角函数、勾股定理三角函数、勾股

9、定理等等 共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡课堂讲义课堂讲义目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习例例4 如图所示，用不可伸如图所示，用不可伸长的轻绳长的轻绳AC和和BC吊起一质吊起一质量不计的沙袋，绳量不计的沙袋，绳AC和和BC与天花板的夹角分别为与天花板的夹角分别为60和和30.现缓慢往沙袋中注现缓慢往沙袋中注入沙子重力加速度入沙子重力加速度g取取10 m/s2.(1)当注入沙袋中沙子的质当注入沙袋中沙子的质量量m10 kg时，求绳时，求绳AC和和BC上的拉力大小上的拉力大小TAC和和TBC；(2)若若AC能承受的最大拉力能承受的最大拉力为为150 N，

10、BC能承受的最大能承受的最大拉力为拉力为100 N，为使绳子不，为使绳子不断裂，求注入沙袋中沙子质断裂，求注入沙袋中沙子质量的最大值量的最大值M. 解析取沙袋受力分析解析取沙袋受力分析 GTBCTAC30ACBC86.5 N3=522N20 TGGT共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡课堂讲义课堂讲义目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习例例4 如图所示，用不可伸如图所示，用不可伸长的轻绳长的轻绳AC和和BC吊起一质吊起一质量不计的沙袋，绳量不计的沙袋，绳AC和和BC与天花板的夹角分别为与天花板的夹角分别为60和和30.现缓慢往沙袋中注现缓慢往沙袋中注入沙子重

11、力加速度入沙子重力加速度g取取10 m/s2.(1)当注入沙袋中沙子的质当注入沙袋中沙子的质量量m10 kg时，求绳时，求绳AC和和BC上的拉力大小上的拉力大小TAC和和TBC；(2)若若AC能承受的最大拉力能承受的最大拉力为为150 N，BC能承受的最大能承受的最大拉力为拉力为100 N，为使绳子不，为使绳子不断裂，求注入沙袋中沙子质断裂，求注入沙袋中沙子质量的最大值量的最大值M. GTBCTAC30ACBC= 3TT（2）共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡AC更容易被拉断更容易被拉断 ACmax3=150 N2=10 3kg=17.3kgTMgM借题发挥借题发挥 ：“C”点受点受

12、力平衡也可采用正交力平衡也可采用正交分解的方法，但一般分解的方法，但一般来讲三力平衡的问题来讲三力平衡的问题用合成法或分解法，用合成法或分解法，三力以上三力以上平衡问题采平衡问题采用用正交分解法正交分解法 课堂讲义课堂讲义目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习1当物体受到多个共点力当物体受到多个共点力(在同一平面内在同一平面内)的作用时的作用时 ，也可用正交分解的方法，将各个力沿选定的直，也可用正交分解的方法，将各个力沿选定的直 角坐标轴分解角坐标轴分解(建立直角坐标系时，一般尽量使更建立直角坐标系时，一般尽量使更 多多的的力力落在坐标轴上，以减少分解力的个数落在坐标

13、轴上，以减少分解力的个数)，然，然 后根据后根据Fx合合0，Fy合合0列式求解列式求解 三、正交分解法在共点力平衡问题中的应用三、正交分解法在共点力平衡问题中的应用 2运用共点力平衡条件解题的步骤运用共点力平衡条件解题的步骤 (1)选取研究对象选取研究对象 (2)对所选取的研究对象进行受力分析并画出对所选取的研究对象进行受力分析并画出 受力分析图受力分析图 (3)对研究对象所受的力进行处理，或合成或对研究对象所受的力进行处理，或合成或 分解或正交分解分解或正交分解 共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡N=5 3N=1NfFF垂直于斜面向上沿斜面向下，课堂讲义课堂讲义目标定位目标定位预习

14、导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习例例5 如图所示，与水平如图所示，与水平面夹角为面夹角为30的固定斜的固定斜面上有一质量面上有一质量m1.0 kg的物体细绳的一端通的物体细绳的一端通过摩擦不计的定滑轮与过摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧秤相连物固定的弹簧秤相连物体静止在斜面上，弹簧体静止在斜面上，弹簧秤的示数为秤的示数为6.0 N求物求物体受到的摩擦力和支持体受到的摩擦力和支持力力(取取g10 m/s2) 解析解析对物体：对物体： 30fmgFTsin 在垂直斜面方向：在垂直斜面方向： N30Fmgcos共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡mg T FN f 沿斜面向下方向：沿

15、斜面向下方向：对点练习对点练习共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡 目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习1关于物体的平衡，下关于物体的平衡，下列说法正确的是列说法正确的是()A如果物体所受合力等如果物体所受合力等于零，则一定处于静止状于零，则一定处于静止状态态B如果物体所受合力等如果物体所受合力等于零，则一定处于匀速直于零，则一定处于匀速直线运动状态线运动状态C只要物体速度等于零，只要物体速度等于零，物体就处于平衡状态物体就处于平衡状态D如果物体受到共点力如果物体受到共点力作用而处于平衡状态，则作用而处于平衡状态，则合外力一定为零合外力一定为零 可能处于匀速

16、直可能处于匀速直线运动状态线运动状态共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡可能处于静止状态可能处于静止状态要速度保持为零，才要速度保持为零，才为平衡状态为平衡状态合力一定为零合力一定为零D 对点练习对点练习目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡2某同学为体验所学知识，做了如图所示的实验某同学为体验所学知识，做了如图所示的实验.他让铅他让铅笔保持水平，铅笔尖笔保持水平，铅笔尖B顶在手心，手掌保持竖直，用细线顶在手心，手掌保持竖直，用细线OA的的A端系在手指头上，另一端端系在手指头上，另一端O与铅笔头相连并打结，与铅笔头相

17、连并打结，用细线用细线OC的的O端与铅笔头相连并打结，端与铅笔头相连并打结，C端连接一钩码端连接一钩码.两两细线与铅笔都处于同一竖直平面上，细线与铅笔都处于同一竖直平面上，A、B在同一竖直线上，在同一竖直线上，整个装置都处于静止状态已知整个装置都处于静止状态已知AO20 cm，BO16 cm，忽略细线和铅笔的质量，钩码质量忽略细线和铅笔的质量，钩码质量m90 g，g10 m/s2.则则铅笔尖对手心的压力大小是铅笔尖对手心的压力大小是() A0.9 N B1.2 N C1.6 N D2.0 N 利用直角三角形法解平衡问题利用直角三角形法解平衡问题解析对结点受力分析解析对结点受力分析GTF结合几何

18、知识结合几何知识 164,costan205mgFtan371.2NmgFB 对点练习对点练习目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习3一个与竖直方向间夹一个与竖直方向间夹角角30的斜向推力的斜向推力F能能使一块重使一块重G100 N的物体的物体贴着光滑的竖直墙面匀速贴着光滑的竖直墙面匀速上行，则推力上行，则推力F大小为多大小为多大？此时墙受到的压力大？此时墙受到的压力N大小为多大？大小为多大？ 利用正交分解法求解平衡问题利用正交分解法求解平衡问题 水平方向：水平方向： FN Fsin300 竖直方向：竖直方向： Fcos30G0 联立得联立得F115.5 N，FN57

19、.7 N 共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡解析对物体受力分析解析对物体受力分析 GFNF由牛顿第三定律知墙受到的压力大小是由牛顿第三定律知墙受到的压力大小是NFN57.7 N对点练习对点练习目标定位目标定位预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习4如图所示，质量为如图所示，质量为m的的物体在恒力物体在恒力F作用下，沿作用下，沿水平天花板向右做匀速直水平天花板向右做匀速直线运动力线运动力F与水平方向与水平方向夹角为夹角为，重力加速度为，重力加速度为g.则物体与天花板间的动摩则物体与天花板间的动摩擦因数擦因数_. 利用正交分解法求解平衡问题利用正交分解法求解平衡问题 水平方向：水平方向： Fcos f0 竖直方向：竖直方向： Fsin FNmg0 又又fFN =FcosFsinmg共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡解析对物体受力分析解析对物体受力分析 GFFNf