高中物理 54 平衡条件的应用3 鲁科版必修.pptx

《高中物理 54 平衡条件的应用3 鲁科版必修.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 54 平衡条件的应用3 鲁科版必修.pptx（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、自学教材 1物体的静态平衡物体的静态平衡 物体在力的作用下处于静止状态，称为静态平衡，处于静态物体在力的作用下处于静止状态，称为静态平衡，处于静态平衡的物体所受的外力的平衡的物体所受的外力的 为零。为零。2物体在某方向的平衡物体在某方向的平衡 运动的物体在某一方向上所受的运动的物体在某一方向上所受的 为零时，在该方向为零时，在该方向处于平衡状态。处于平衡状态。合力合力第1页/共36页平衡条件的应用平衡条件的应用:物体静态平衡物体静态平衡第2页/共36页物体在某方向上的平衡物体在某方向上的平衡:第3页/共36页一、物体的静态平衡一、物体的静态平衡1.1.概念：物体在力的作用下处于静止的平衡状态，

2、概念：物体在力的作用下处于静止的平衡状态，称为静态平衡称为静态平衡2 2、受力特点：处于静态平衡的物体所受共点力的、受力特点：处于静态平衡的物体所受共点力的合力为零合力为零二、物体的动态平衡二、物体的动态平衡1.1.概念：物体在力的作用下处于匀速直线运动的平衡状概念：物体在力的作用下处于匀速直线运动的平衡状态，我们称之称为动态平衡态，我们称之称为动态平衡2 2、受力特点：处于动态平衡的物体所受共点力的、受力特点：处于动态平衡的物体所受共点力的合力为零合力为零第4页/共36页重点诠释 1动态平衡的理解动态平衡的理解 (1)所谓动态平衡问题，就是通过控制某些物理量，使所谓动态平衡问题，就是通过控制

3、某些物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，而在这个过程中物体又始终处物体的状态发生缓慢的变化，而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态。所遇到的题目往往是保持其中一个力于一系列的平衡状态。所遇到的题目往往是保持其中一个力的大小和方向都不变，第二个力的方向保持不变，来分析第的大小和方向都不变，第二个力的方向保持不变，来分析第三个力方向变化时，第二个和第三个力的大小变化情况。三个力方向变化时，第二个和第三个力的大小变化情况。第5页/共36页 (2)动态平衡的分析方法：动态平衡的分析方法：解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变

4、参量与自变参量的一般函数式，然后根平衡方程，求出应变参量与自变参量的一般函数式，然后根据自变参量的变化确定应变参量的变化。据自变参量的变化确定应变参量的变化。图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下的力的矢量图形定则或三角形定则画出不同状态下的力的矢量图(画在同画在同一个图中一个图中)，然后根据有向线段，然后根据有向线段(表示力表示力)的长度变化判断各个的长度变化判断各个力的变化情况。力的变化情况。第6页/共36页 2求共点力平衡问题的基本方法求共点力平衡问题的基本方法 (1)合成与分解法合成与分解法 三个力的

5、平衡问题，一般合成任意两个力，则该合力与三个力的平衡问题，一般合成任意两个力，则该合力与第三个力等大反向；或将其中某个力沿另外两个力的反方向分第三个力等大反向；或将其中某个力沿另外两个力的反方向分解，从而得到两对平衡力。解，从而得到两对平衡力。(2)正交分解法正交分解法 物体所受的合力为零，则在任意一个方向上物体所受的合物体所受的合力为零，则在任意一个方向上物体所受的合力都为零，把物体所受各力正交分解后，平衡条件可表示为力都为零，把物体所受各力正交分解后，平衡条件可表示为Fx合合0，Fy合合0。第7页/共36页 3应用平衡条件解题的一般步骤应用平衡条件解题的一般步骤 (1)选取研究对象。平衡问

6、题中，研究对象常有三种情况：选取研究对象。平衡问题中，研究对象常有三种情况：单个物体。可将其受到的各力的作用点都画到物体的几单个物体。可将其受到的各力的作用点都画到物体的几何中心上。何中心上。多个物体多个物体(系统系统)。在分析外力对系统的作用时，用整体。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，用隔离法，其关键法；在分析系统内各物体间的相互作用时，用隔离法，其关键是找出各物体之间的联系，相互作用力是它们相互联系的纽带。是找出各物体之间的联系，相互作用力是它们相互联系的纽带。第8页/共36页 物体的结点。绳与绳、绳和棒之间的结点常常是处理物体的结点。绳与绳、绳和棒之

7、间的结点常常是处理平衡问题的关键研究对象。平衡问题的关键研究对象。(2)对研究对象进行受力分析，并作出受力示意图。对研究对象进行受力分析，并作出受力示意图。(3)依据平衡条件列出力的平衡方程。依据平衡条件列出力的平衡方程。(4)求解方程，并对结果做必要的讨论。求解方程，并对结果做必要的讨论。第9页/共36页3如图所示的图示中哪些是静态平衡，哪些是动态平衡？如图所示的图示中哪些是静态平衡，哪些是动态平衡？第10页/共36页解析：解析：根据动态平衡和静态平衡的概念，根据动态平衡和静态平衡的概念，(1)和和(2)中的物中的物体体A均做匀速直线运动，所以都是动态平衡，均做匀速直线运动，所以都是动态平衡

8、，(3)中物体中物体A向上运动时受重力作用，合力不为零，不是平衡状态，向上运动时受重力作用，合力不为零，不是平衡状态，(4)中物体中物体A处于静止状态，是静态平衡。处于静止状态，是静态平衡。答案：答案：(4)是静态平衡，是静态平衡，(1)、(2)是动态平衡是动态平衡第11页/共36页三、物体受力分析的方法三、物体受力分析的方法隔离法：隔离法：把某物体从众多的物体中隔离出来，作为研究把某物体从众多的物体中隔离出来，作为研究对象。分析时，只分析周围物体对它的作用力，而对象。分析时，只分析周围物体对它的作用力，而不分析它对周围物体的作用力。不分析它对周围物体的作用力。整体法：整体法：把几个把几个运动

9、状态一样的运动状态一样的物体看作一个物体去作物体看作一个物体去作研究对象研究对象。方法同隔离法一样。方法同隔离法一样。第12页/共36页受力分析的步骤受力分析的步骤1、先画已知力；、先画已知力；2、再画重力、电场力、磁场力；、再画重力、电场力、磁场力；3、找接触面，画接触力（弹力、摩擦力）；、找接触面，画接触力（弹力、摩擦力）；4、若物体运动状态一致，可把物体视为一个质点，、若物体运动状态一致，可把物体视为一个质点，把作用点集中到质点上；把作用点集中到质点上；5、检查有无漏力、错力。、检查有无漏力、错力。第13页/共36页受力分析的注意事项受力分析的注意事项1、物体所受的力都有其施力物体，否则

10、该力不存在；、物体所受的力都有其施力物体，否则该力不存在；2、受力分析时，只考虑根据、受力分析时，只考虑根据性质性质命名的力；命名的力；3、对于摩擦力应充分考虑物体与接触面是否有相、对于摩擦力应充分考虑物体与接触面是否有相对运动和相对运动趋势；对运动和相对运动趋势；4、受力分析时，要抓主要矛盾，忽略次要矛盾；、受力分析时，要抓主要矛盾，忽略次要矛盾；5、根据物体的运动状态去检查物体的受力情况。、根据物体的运动状态去检查物体的受力情况。第14页/共36页练习题练习题1、如下图所示，、如下图所示，A、B两物体保持相对静止，且一两物体保持相对静止，且一直在水平地面向右作匀速运动，试分析直在水平地面向

11、右作匀速运动，试分析A、B的受力。的受力。ABFV第15页/共36页2 2、画出下列情况，在地面上、画出下列情况，在地面上A A、B B、C C三物体的受力图。三物体的受力图。（1 1）A A、B B、C C保持相对静止。保持相对静止。（2 2）在）在B B物上向右加一恒力物上向右加一恒力F F，A A、B B、C C仍保持相对静止。仍保持相对静止。（3 3）在）在A A物上向右加一恒力物上向右加一恒力F F，A A、B B、C C一起向右作匀速运动。一起向右作匀速运动。ABC第16页/共36页 例例1下列属于平衡状态的物体是下列属于平衡状态的物体是 ()A高速公路上匀速直线行驶的汽车高速公路

12、上匀速直线行驶的汽车 B百米竞赛中运动员的起跑瞬间百米竞赛中运动员的起跑瞬间 C陨石进入大气层受到很大阻力划出一条亮线而减速陨石进入大气层受到很大阻力划出一条亮线而减速 D乘客在加速的列车中静止不动乘客在加速的列车中静止不动 思路点拨思路点拨根据平衡状态的运动学特征和力学特征分析判根据平衡状态的运动学特征和力学特征分析判断。断。第17页/共36页解析解析根据平衡状态的特征匀速或静止，或者说加速度根据平衡状态的特征匀速或静止，或者说加速度等于零，等于零，A选项中的汽车是平衡状态，选项中的汽车是平衡状态，B、C、D均不是，均不是，故选故选A。答案答案A第18页/共36页 (1)判断物体是否处于平衡

13、状态，可依据平衡条件，也可判断物体是否处于平衡状态，可依据平衡条件，也可以利用平衡状态的定义。以利用平衡状态的定义。(2)物体在某时刻速度虽然为零，但物体不一定处于平衡物体在某时刻速度虽然为零，但物体不一定处于平衡状态；若物体相对于另一物体静止，且具有共同的加速度，则状态；若物体相对于另一物体静止，且具有共同的加速度，则物体也不处于平衡状态。物体也不处于平衡状态。第19页/共36页1下列选项中物体不是处于平衡状态的是下列选项中物体不是处于平衡状态的是 ()A沿固定在地面上的斜面匀速下滑的物体沿固定在地面上的斜面匀速下滑的物体B竖直向上抛出的物体到达最高点的瞬间竖直向上抛出的物体到达最高点的瞬间

14、C飞机在空中水平匀速飞行飞机在空中水平匀速飞行D匀速降落的跳伞运动员匀速降落的跳伞运动员第20页/共36页解析：解析：物体处于平衡状态的两种形式是静止和匀速直线运物体处于平衡状态的两种形式是静止和匀速直线运动，平衡条件是所受合力为零，故动，平衡条件是所受合力为零，故A、C、D正确，竖直向正确，竖直向上抛出的物体在最高点时，速度虽然等于零，但仍受重力，上抛出的物体在最高点时，速度虽然等于零，但仍受重力，不处于平衡状态，不处于平衡状态，B错误。错误。答案：答案：B第21页/共36页 例例2如图所示，重力一定的物块如图所示，重力一定的物块P用两用两根轻绳悬在空中，其中绳根轻绳悬在空中，其中绳OA方向

15、固定不动，方向固定不动，绳绳OB在竖直平面内由水平方向向上转动，则在竖直平面内由水平方向向上转动，则在绳在绳OB由水平方向转至竖直方向的过程中，由水平方向转至竖直方向的过程中，绳绳OB的张力的大小将的张力的大小将 ()A一直变大一直变大B一直变小一直变小C先变大后变小先变大后变小 D先变小后变大先变小后变大第22页/共36页思路点拨思路点拨解此题的关键有三点：解此题的关键有三点：(1)正确画出平衡时的受力分析图。正确画出平衡时的受力分析图。(2)分析某一力变化的特点及边、角变化的情况。分析某一力变化的特点及边、角变化的情况。(3)根据平行四边形边长的变化定性判断力的变化。根据平行四边形边长的变

16、化定性判断力的变化。第23页/共36页 解析解析用力的平行四边形定则得用力的平行四边形定则得拉力拉力F1、F2的合力的合力F竖直向上、大小不竖直向上、大小不变，总等于变，总等于G，拉力，拉力F2方向不变，方向不变，F1与与水平方向的夹角逐渐增大，如图，由水平方向的夹角逐渐增大，如图，由平行四边形定则作出的图示看出平行四边形定则作出的图示看出OB绳的拉力绳的拉力F1先变小后变先变小后变大，大，OA绳的拉力绳的拉力F2逐渐减小。逐渐减小。答案答案D第24页/共36页 图解法分析动态平衡问题的基本过程是：对研究对象在状图解法分析动态平衡问题的基本过程是：对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分

17、析，依据某一参量的变化态变化过程中的若干状态进行受力分析，依据某一参量的变化(一般为某一角度一般为某一角度)，在同一图中作出物体在若干状态下的平衡，在同一图中作出物体在若干状态下的平衡受力图受力图(力的平行四边形或三角形力的平行四边形或三角形)，再由力的平行四边形或三，再由力的平行四边形或三角形的边长变化及角度变化确定某些力的大小及方向的变化情角形的边长变化及角度变化确定某些力的大小及方向的变化情况。况。第25页/共36页例例2中，当满足什么条件时，中，当满足什么条件时，OB中张力最小？最小值为多大中张力最小？最小值为多大？解析：解析：由动态分析图可知，由动态分析图可知，当当OB与与OA垂直时

18、，绳垂直时，绳OB中张中张力最小，由几何关系知最小值为力最小，由几何关系知最小值为Tminmgsin。答案：答案：见解析见解析第26页/共36页 例例3沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在在A点，如图所示。足球的质量为点，如图所示。足球的质量为m，网兜的质，网兜的质量不计，足球与墙壁的接触点为量不计，足球与墙壁的接触点为B，悬绳与墙壁，悬绳与墙壁的夹角为的夹角为。求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支。求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力。持力。第27页/共36页 思路点拨思路点拨本题属于三力静态平衡问题，可以根据任本题属于三力静态平衡问题，可以根据任意两个力的合力与第三力等大

19、反向求解，也可以根据力的分意两个力的合力与第三力等大反向求解，也可以根据力的分解法求解，还可以用正交分解法求解。解法求解，还可以用正交分解法求解。解析解析法一：法一：用合成法求解用合成法求解选足球作为研究对象，它受重力选足球作为研究对象，它受重力Gmg、墙壁的、墙壁的支持力支持力N和悬绳的拉力和悬绳的拉力F1三个共点力作用而平衡，三个共点力作用而平衡，由共点力平衡的条件可知，由共点力平衡的条件可知，N和和F1的合力的合力F与与G大大小相等、方向相反，即小相等、方向相反，即FG，由图可求得，由图可求得第28页/共36页第29页/共36页 法三：用正交分解法求解法三：用正交分解法求解 选足球作为研

20、究对象，它受重力选足球作为研究对象，它受重力G、墙壁、墙壁的支持力的支持力N、悬绳拉力、悬绳拉力F1，如图所示。，如图所示。取水平方向为取水平方向为x轴，竖直方向为轴，竖直方向为y轴，将轴，将F1分别沿分别沿x轴和轴和y轴方向进行分解。由平衡条件可轴方向进行分解。由平衡条件可知，在知，在x轴和轴和y轴方向上的合力轴方向上的合力Fx合合和和Fy合合应为零，即应为零，即第30页/共36页第31页/共36页 三力平衡最重要的推论是三个力中任意两个力的合三力平衡最重要的推论是三个力中任意两个力的合力必与第三个力等大、反向、共线。借助直角三角形、力必与第三个力等大、反向、共线。借助直角三角形、相似三角形

21、及三角函数关系求解，亦可利用先分解再合相似三角形及三角函数关系求解，亦可利用先分解再合成的正交分解法求解。成的正交分解法求解。第32页/共36页2.如图所示，某同学在地面上拉着一个质量为如图所示，某同学在地面上拉着一个质量为m30 kg的木箱匀速前进，已知木箱与地面间的木箱匀速前进，已知木箱与地面间的动摩擦因数为的动摩擦因数为0.5，拉力，拉力F与水平方向的与水平方向的夹角为夹角为45，取，取g10 m/s2。求绳子的拉。求绳子的拉力力F为多少。为多少。第33页/共36页解析：解析：建立如图所示的直角坐标系，木箱受到四个力的作建立如图所示的直角坐标系，木箱受到四个力的作用，将拉力用，将拉力F沿两个坐标轴方向分解为沿两个坐标轴方向分解为F1和和F2，得，得F1Fcos，F2Fsin。在在x轴方向上由二力平衡可得轴方向上由二力平衡可得fF1Fcos，在在y轴方向上有轴方向上有F2NFsin NG第34页/共36页第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页