新教材高中物理第三章相互作用__力5共點力的平衡課件新人教版必修第一冊

1、第三章 相互作用力學習目標1.通過生活情境認識平衡狀態(tài),會推導共點力作用下物體的平衡條件是合力為0,能利用共點力作用下物體的平衡條件分析生產、生活中的問題,體會物理學知識的實際應用價值.2.結合實際問題認識正交分解法,知道什么是共點力,會用正交分解法解決有關多力的平衡問題,培養(yǎng)應用數(shù)學知識解決物理問題的能力.5共點力的平衡知識點一 共點力平衡的條件1.如圖所示,一名雜技演員正在走鋼絲,請對雜技演員進行受力分析,他受到的力有什么關系?答案:雜技演員受重力和鋼絲對他的支持力作用,二力是一對平衡力.2.閱讀教材第72頁,結合生活情境,請嘗試總結什么是平衡狀態(tài).答案:物體受到幾個力作用時,如果保持靜止

2、或勻速直線運動狀態(tài),我們就說這個物體處于平衡狀態(tài).3.在共點力作用下物體平衡的條件是 .合力為0知識點二正交分解法1.在生活中經常有這樣的感受,斜向上拉一個物體使其勻速運動(圖甲),比斜向下推一個物體使其勻速運動(圖乙)省力,為什么?甲乙答案:斜向上拉物體時,將拉力沿水平方向和豎直方向分解,拉力在豎直方向上有一個向上的分力,這個分力減小了物體對地面的壓力,根據(jù)Ff=F壓知摩擦力減小,所以省力;同理,斜向下推物體時,推力在豎直方向上有一個向下的分力,這個分力增大了物體對地面的壓力,摩擦力增大,所以費力.2.正交分解:以共點力的作用點為坐標原點,沿兩個 .的方向建立平面直角坐標系,把力沿 方向分解

3、為Fx和Fy.相互垂直兩坐標軸小試身手判斷下列說法的正誤并和同學交流(正確的在括號內打“”,錯誤的打“”).1.放在桌子上的物體靜止不動,物體處于平衡狀態(tài).( )2.百米競賽中,運動員在起跑的瞬間速度為0,此時運動員處于平衡狀態(tài).( )3.直道上高速勻速跑過的賽車處于平衡狀態(tài).( )4.物體處于平衡狀態(tài)時,速度一定等于0.( )5.正交分解時,選取的坐標軸必須在豎直方向和水平方向.( )探究一共點力平衡的條件問題情境如圖甲所示,小球被豎直向上拋出,運動到最高點時的速度等于0;一燈泡吊在天花板下,現(xiàn)用另一細繩將燈泡拉到圖乙所示的位置,燈泡靜止,此時燈泡受重力和兩根細繩的拉力共三個力的作用.甲乙1

4、.圖甲中,小球在最高點時是處于平衡狀態(tài)嗎?為什么?答案:不是.平衡狀態(tài)表現(xiàn)為速度始終不變,小球在最高點的瞬間速度為0,但受重力作用,速度會隨時間變化,所以不是平衡狀態(tài).2.結合圖乙,試根據(jù)二力平衡的條件,推導說明:若一個物體受三個力作用而處于平衡狀態(tài),則其中一個力與另外兩個力的合力滿足什么關系?答案:燈泡受三個力的作用,將F1和F2合成,如圖所示,則等效為燈泡受F合與重力G而靜止,因而F1和F2的合力F合與重力G滿足二力平衡的條件,所以,若物體受三個力作用而處于平衡狀態(tài),則其中一個力與另外兩個力的合力必定滿足二力平衡的條件,即它們的合力為0.3.上述問題2的結論是否可以推廣到物體在多個共點力作

5、用下的平衡?答案:可以推廣到多個共點力的平衡.如果物體受多個共點力的作用而處于平衡狀態(tài),我們可以逐步通過力的合成,最終等效為物體受兩個力的作用且這兩個力滿足二力平衡的條件,則這些力中的某一個力一定與其余力的合力滿足二力平衡的條件,即這些力的合力為0.過程建構1.從物體的運動性質透析平衡狀態(tài).(1)靜止:注意靜止和速度為0的區(qū)別,靜止狀態(tài)表明速度始終為0,即v=0,a=0,二者同時成立;若v=0,a0,此時物體并不能保持靜止,而是處于非平衡狀態(tài),因此可以說靜止的物體速度為0,但速度為0的物體并不一定靜止.(2)勻速直線運動:速度大小、方向均不變,即v0,a=0.2.由共點力的平衡條件F合=0得出

6、的結論.(1)物體受兩個共點力作用處于平衡狀態(tài)時,這兩力必大小相等,方向相反,作用在同一直線上.(2)物體受三個共點力作用處于平衡狀態(tài)時,其中任意兩力的合力必與第三個力等大、反向、共線.(3)物體受三個以上的共點力作用處于平衡狀態(tài)時,其中任意一個力與其余的力的合力等大、反向、共線.(4)物體處于平衡狀態(tài)時,沿任意方向物體所受的合力均為0.(5)物體在某個方向上處于平衡狀態(tài),在此方向上合力為0.【典例1】如圖所示,物體A所受重力為100 N,物體B所受重力為20 N,整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài),求這時A受到的靜摩擦力大小.解析:解析:以結點O為研究對象,O點受三個繩的拉力作用,如圖所示.答案: 20

7、N求解平衡問題的思路(1)選取研究對象:根據(jù)問題的要求和計算方便,恰當?shù)剡x擇研究對象.(2)對研究對象進行受力分析,畫出受力分析圖.(3)利用共點力平衡的條件列方程,找出各個力(或分力)之間的關系,把已知量和未知量聯(lián)系起來.(4)解方程,必要時對解出的結果進行取舍和討論.【典例2】(多選)下圖是用來粉刷墻壁的涂料滾的示意圖.使用時,用撐桿推著涂料滾沿墻壁上下滾動,把涂料均勻地粉刷到墻壁上.撐桿的重力和墻壁的摩擦均不計,而且撐桿足夠長.粉刷工人站在離墻壁某一距離處緩緩上推涂料滾,使撐桿與墻壁間的夾角越來越小.該過程中撐桿對涂料滾的推力為F1,涂料滾對墻壁的壓力為F2,下列說法正確的是( )A.F

8、1增大B.F1減小C.F2增大D.F2減小解析:本題考查共點力作用下物體的動態(tài)平衡,解題思路是分析研究對象的受力,根據(jù)平衡條件得到推力和壓力的關系式,再分析兩個力的變化.以涂料滾為研究對象,受力分析如圖所示.答案:BD探究二正交分解法問題情境如圖所示,一質量為m的小球用輕質細繩豎直懸掛,無風時,細繩豎直下垂;當受到沿水平方向吹來的風時,細繩偏離豎直方向一個角度后,小球仍然靜止,風力越大,偏角越大.1.根據(jù)學過的力的合成知識,探究風力大小F跟細繩偏角之間的關系.答案:以小球為研究對象,有風時,它受到三個力的作用:重力mg、水平方向的風力F和細繩的拉力FT.如圖甲所示.將水平方向的風力F和細繩的拉

9、力FT合成(如圖乙所示),因小球處于平衡狀態(tài),由幾何關系可得風力F的大小跟細繩偏角之間的關系是F=mgtan .甲乙2.如果以小球為坐標原點,取水平方向為x軸,豎直方向為y軸,建立直角坐標系,可以發(fā)現(xiàn),小球所受的三個力中只有細繩的拉力不在坐標軸上,試著把拉力分解在坐標軸上,探究風力大小F跟細繩偏角之間的關系.答案:將拉力分解在坐標軸上,如圖所示.因小球處于平衡狀態(tài),所以水平方向的合力Fx合和豎直方向的合力Fy合分別等于0,即FTsin -F=0,FTcos -mg=0,可得風力F的大小跟細繩偏角之間的關系是F=mgtan .3.正交分解法是力的分解方法,能不能用于力的合成?答案:能,力的正交分

10、解是借助于數(shù)學中的直角坐標系對力進行分解,它能使不同方向上的矢量運算簡化為同一直線上的標量運算,“分”的目的是更好地“合”.過程建構3.正交分解法與平行四邊形定則的關系.正交分解法是平行四邊形定則的一個特例,是把平行四邊形特殊化為一個矩形.平行四邊形定則是所有矢量都遵從的運算法則,適用于所有矢量的合成和分解問題.正交分解法的簡便之處是將矢量運算轉化為同一直線上的代數(shù)運算.4.用正交分解法解題的步驟.(1)建立坐標系:以共點力的作用點為坐標原點,建立直角坐標系,使盡量多的力落在坐標軸上.(2)正交分解各力:將每一個不在坐標軸上的力分解到x軸和y軸上,并在圖上注明,如圖所示.(3)在坐標軸上的力不

11、需要分解,列出x、y軸上各分力的數(shù)學表達式.(4)分別求出x軸、y軸上的合力,即Fx合=F1x+F2x+Fy合=F1y+F2y+【典例3】同一平面內大小均為F的三個力共同作用在O點,如圖所示,F1、F3與F2之間的夾角均為60,用正交分解法求三個力的合力.解析:此題用正交分解法既準確又簡便,以O點為原點、F1的方向為x軸正方向建立直角坐標系,如圖甲所示.甲求出Fx合和Fy合的合力即所求的三個力的合力,如圖乙所示.乙答案:2F,與F1的夾角為60【典例4】如圖所示,光滑斜面的傾角為37,一個可以看成質點的小球在輕質細線的拉力作用下靜止在斜面上,細線與斜面間的夾角也為37.若小球所受的重力為G,s

12、in 37=0.6,cos 37=0.8,則細線的拉力等于( )答案:C課堂評價1.如圖所示為節(jié)日里懸掛燈籠的一種方式,A、B點等高,O為結點,輕繩AO、BO長度相等,拉力分別為FA、FB,燈籠受到的重力為G,下列表述正確的是( )A.FA一定小于GB.FA與FB大小相等C.FA與FB是一對平衡力D.FA與FB大小之和等于G答案:B2.精致的盆栽可以美化環(huán)境,如圖所示的盆栽在公路旁隨處可見.花盆可視為外表面光滑的半球體,用水平臺面上的三個相同的小石塊支撐著(小石塊位于等邊三角形的頂點).若花盆總重力為G,半球體的球心與小石塊的重心的連線與豎直方向夾角為,則花盆受到的一個石塊的支持力大小為( )

13、答案:D3.如圖所示,細線a和b的一端分別固定在水平地面上,另一端系一個靜止在空氣中的氫氣球,細線與地面的夾角分別為30和60.a、b的拉力分別為Fa和Fb,氫氣球受到的浮力為F,不計氫氣球的重力,則( )A.FaFb C.F=FaD.FFb答案:A4.如圖所示,與水平方向成角的推力F作用在物塊上,逐漸減小到0的過程中,物塊始終在水平面上做勻速直線運動.下列判斷正確的是( )A.推力F先增大后減小B.推力F一直減小C.物塊受到的摩擦力先減小后增大D.物塊受到的摩擦力一直不變答案:B解析:對物塊進行受力分析,建立如圖所示的坐標系.5.如圖所示,重力為500 N的人通過跨過定滑輪的輕繩牽引重力為2

14、00 N的物體A,當繩與水平面成60角時,物體靜止.不計滑輪的軸摩擦.求地面對人的支持力和摩擦力的大小.解析:本題考查正交分解法,對研究對象進行準確的受力分析是解題的關鍵.人和物體A靜止,所受合力皆為0.對物體進行受力分析可知,繩的拉力F大小等于物體A的重力,即F=GA=200 N.如圖所示,以人為研究對象,繩對人的拉力為F,F=F=200 N,將F分解,則水平方向的分力Fx=Fcos 60=100 N.答案:326.8 N100 N學科素養(yǎng)培優(yōu)模型建構繩上的“死結”“活結”和“定桿”“動桿”模型項目模型示意圖模型解讀“死結”模型“死結”把繩子分為兩段,且結點不可沿繩子移動,“死結”兩側的繩因

15、結而變成兩根獨立的繩,“死結”兩側的繩上拉力大小不一定相等“活結”模型“活結”把繩子分為兩段,且可沿繩移動,“活結”一般由繩跨過滑輪或在繩上掛一光滑掛鉤而成,繩子因“活結”而彎曲,但實際為同一根繩,繩子上的拉力大小處處相等“定桿”模型一端固定的輕桿(如一端“插入”墻壁或固定于地面)提供的彈力不一定沿著輕桿的方向,力的方向只能根據(jù)具體情況進行分析“動桿”模型一端有轉軸或鉸鏈的輕桿提供的彈力一定沿著輕桿的方向【典例】如圖甲所示,細繩AD跨過固定的水平輕桿BC右端的定滑輪掛一個質量為m1的物體,ACB=30;圖乙中輕桿HG一端用鉸鏈固定在豎直墻上,另一端G通過細繩EG拉住,EG與水平方向也成30角,在輕桿的G點用細繩GF拉住一個質量為m2的物體,求:甲乙(1)細繩AC段的拉力FTAC與細繩EG的拉力FTEG之比;(2)輕桿BC對C端的支持力FNC;(3)