2023-2024學(xué)年粵教版必修第一冊(cè) 第三章　第六節(jié)　共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用 課件（59張）

第六節(jié)共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念(1)知道什么是共點(diǎn)力。(2)知道平衡狀態(tài)的概念。(3)知道共點(diǎn)力平衡的條件：物體所受合力為零?？茖W(xué)思維(1)在二力平衡的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)科學(xué)推理，得出共點(diǎn)力平衡的條件。(2)會(huì)用共點(diǎn)力的平衡條件，分析生活和生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過(guò)應(yīng)用共點(diǎn)力的平衡條件解決有關(guān)問(wèn)題，體會(huì)物理學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。CONTENTS目錄新知預(yù)覽·抓必備素養(yǎng)浸潤(rùn)·提能力知能演練·重落實(shí)課時(shí)跟蹤檢測(cè)新知預(yù)覽·抓必備高效學(xué)習(xí)夯基固本1知識(shí)點(diǎn)一共點(diǎn)力的平衡1．共點(diǎn)力：如果幾個(gè)力作用在物體的________，或者幾個(gè)力的______相交于同一點(diǎn)，這幾個(gè)力就稱為共點(diǎn)力。2．力的合成的平行四邊形定則只適用于____力。3．平衡狀態(tài)：物體處于____或者保持____________的狀態(tài)叫作平衡狀態(tài)。4．共點(diǎn)力的平衡：物體如果受到共點(diǎn)力的作用且處于平衡狀態(tài)，就叫作共點(diǎn)力的平衡。5．共點(diǎn)力的平衡條件：為了使物體保持平衡狀態(tài)，作用在物體上的力所必須滿足的條件，叫作共點(diǎn)力的平衡條件。同一點(diǎn)上作用線共點(diǎn)靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)二探究共點(diǎn)力的平衡條件1．二力平衡(1)定義：物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于________。(2)條件：兩個(gè)力大小____、方向____，作用在__________。平衡狀態(tài)相等相反同一直線上2．三個(gè)不在一條直線上的共點(diǎn)力平衡條件的探究(1)探究過(guò)程器材：匯力圓環(huán)、三根一端帶小鉤的細(xì)繩、三個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)、毫米刻度尺。步驟：①如圖(a)所示，分別將彈簧測(cè)力計(jì)連接在三根細(xì)繩的末端，使匯力圓環(huán)在三根細(xì)繩的拉力作用下與平板上的定位圓重合。②用鉛筆在平板上記下這三個(gè)拉力的大小和方向。③在平板上用力的圖示法畫(huà)出這三個(gè)力F1、F2、F3，如圖(b)所示。④用力的平行四邊形定則作出F1、F2的合力F，如圖(c)所示。比較F與F3的大小和方向。作出F2、F3的合力F′，如圖(d)所示，或者作出F1、F3的合力F″，如圖(e)所示，然后將合力與另外一個(gè)力進(jìn)行比較。⑤在保證匯力圓環(huán)與定位圓重合的前提下，改變?nèi)?xì)繩的拉力大小和方向，重復(fù)上述步驟。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體受多個(gè)共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài)時(shí)，其平衡條件是所受合力為零。(1)對(duì)小朋友受力分析時(shí)，只能畫(huà)小朋友受到的力，滑梯受到的力不能畫(huà)在小朋友上。

()(2)小朋友沿粗糙的滑梯下滑時(shí)，受到重力、支持力、下滑力和摩擦力的作用。

()(3)小朋友從滑梯頂端由靜止開(kāi)始下滑的瞬間，速度為零，處于平衡狀態(tài)。()(4)小朋友靜止在水平面上時(shí)，速度為零，所受合力為零，處于平衡狀態(tài)。()如圖所示的是一滑梯的實(shí)物圖，為保證小朋友的安全，在水平面鋪設(shè)安全地墊。水平段與斜面段平滑連接。某小朋友從滑梯頂端由靜止開(kāi)始滑下，經(jīng)斜面底端后水平滑行一段距離，停在水平地墊上?！痢獭痢趟仞B(yǎng)浸潤(rùn)·提能力互動(dòng)探究重難突破2要點(diǎn)一對(duì)平衡條件的理解及應(yīng)用如圖所示，甲圖中的鳥(niǎo)在幾個(gè)力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)；乙圖中的飛機(jī)在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)；丙圖中的照相機(jī)靜止在三腳架上。上述三個(gè)物體均在共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)，它們各自所受的作用力的合力應(yīng)滿足什么條件？提示：物體各自所受作用力的合力為零，物體將保持平衡狀態(tài)。2．平衡條件的推論(1)二力平衡：若物體在兩個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)，則這兩個(gè)力一定等大、反向。(3)多力平衡：若物體在n個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中任意一個(gè)力必定與另外(n－1)個(gè)力的合力等大、反向。(2)三力平衡：若物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)，則任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大、反向?表示三個(gè)力的有向線段首尾相接一定組成閉合的三角形，如圖所示?！镜淅?】如圖所示，某個(gè)物體在F1、F2、F3和F4四個(gè)共點(diǎn)力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，若F4的方向沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)120°而保持其大小不變，其余三個(gè)力的大小和方向均保持不變，則此時(shí)物體所受到的合力大小為(

)D1．物體受到共點(diǎn)力的作用，下列說(shuō)法正確的是(

)A．在某一時(shí)刻速度等于零的物體一定處于平衡狀態(tài)B．相對(duì)于另一物體保持靜止的物體一定處于平衡狀態(tài)C．物體所受合力為零時(shí)，一定處于平衡狀態(tài)D．物體運(yùn)動(dòng)時(shí)若速率不變，一定處于平衡狀態(tài)解析：處于平衡狀態(tài)的物體，在運(yùn)動(dòng)形式上處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從受力上來(lái)看，物體所受合力為零，C正確；某一時(shí)刻速度為零的物體，受力不一定為零，故不一定處于平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；某物體相對(duì)于另一物體靜止時(shí)，該物體不一定靜止，如當(dāng)另一物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，該物體也做變速運(yùn)動(dòng)，此物體不處于平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；物體運(yùn)動(dòng)速度大小不變但方向變化時(shí)，所受合力不為零，故不處于平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤。C

2．如圖所示，某人靜躺在椅子上，椅子的靠背與水平面之間有固定傾斜角θ。若此人所受重力為G，則椅子各部分對(duì)他的作用力的合力大小為(

)A．G

B．Gsinθ

C．Gcosθ

D．Gtanθ解析：人靜躺在椅子上，受重力和椅子對(duì)他的作用力，由平衡條件可知，椅子各個(gè)部分對(duì)他的作用力的合力大小為G，選項(xiàng)A正確。A

要點(diǎn)二解決共點(diǎn)力平衡的三種常用方法合成法物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡時(shí)，將其中的任意兩個(gè)力合成，其合力一定與第三個(gè)力平衡，從而把三力平衡問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二力平衡問(wèn)題分解法物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡時(shí)，將其中任意一個(gè)力沿其他兩個(gè)力的反方向分解，則每個(gè)方向上的一對(duì)力大小相等，方向相反，從而把三力平衡問(wèn)題轉(zhuǎn)化為兩個(gè)方向上的二力平衡問(wèn)題正交分解法物體在三個(gè)或三個(gè)以上的共點(diǎn)力作用下處于平衡時(shí)，將物體所受的各個(gè)力均向兩個(gè)互相垂直的方向上分解，然后分別在這兩個(gè)方向上列平衡方程。此時(shí)平衡條件可表示為：Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0【典例2】用繩子將鳥(niǎo)籠掛在一根橫梁上，如圖所示。若鳥(niǎo)籠重力為19．6N，求繩子OA和OB對(duì)結(jié)點(diǎn)O的拉力。解析

方法一：合成法以結(jié)點(diǎn)O為研究對(duì)象，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件，受力分析如圖所示F＝FT，且FT＝G由三角函數(shù)關(guān)系得F1＝Fcos30°＝19．6×0.866N≈17．0NF2＝Fsin30°＝19．6×0.5N＝9．8N。方法三：正交分解法以結(jié)點(diǎn)O為研究對(duì)象，受力分析如圖所示，建立直角坐標(biāo)系，將繩子OA和OB的拉力沿x、y方向正交分解。FT＝G由平衡條件得水平方向：F1cos60°＝F2cos30°豎直方向：F1sin60°＋F2sin30°＝FT解得F1≈17．0N，F(xiàn)2＝9．8N。方法二：分解法如圖所示，以結(jié)點(diǎn)O為研究對(duì)象，O受鳥(niǎo)籠的拉力FT，則FT＝G，將拉力FT向繩OA和OB的反方向分解，由三角函數(shù)關(guān)系得FA＝FTcos30°＝19．6×0.866N≈17．0NFB＝FTsin30°＝19．6×0.5N＝9．8N。答案

17．0N，方向沿繩由O指向A

9．8N，方向沿繩由O指向B。若【典例2】中兩繩能承受的最大拉力相同，均為100N，持續(xù)增大懸掛物的重力，為了保證兩段繩子不被拉斷，求懸掛物的最大質(zhì)量。(g取10m/s2)解析：由題意知，繩子OA的拉力F1大于OB的拉力F2，為了保證兩段繩子不被拉斷，當(dāng)繩子OA的拉力F1m＝100N時(shí)，懸掛物的質(zhì)量達(dá)到最大，要點(diǎn)三“活結(jié)”與“死結(jié)”、“活桿”與“死桿”模型1．“活結(jié)”與“死結(jié)”模型(1)“活結(jié)”：一般是由輕繩跨過(guò)光滑滑輪或者繩上掛一光滑掛鉤而形成的。繩子雖然因“活結(jié)”而彎曲，但實(shí)際上是同一根繩，所以由“活結(jié)”分開(kāi)的兩段繩子上彈力的大小一定相等，兩段繩子合力的方向一定沿這兩段繩子夾角的角平分線。(2)“死結(jié)”：兩側(cè)的繩因結(jié)而變成了兩根獨(dú)立的繩，因此由“死結(jié)”分開(kāi)的兩段繩子上的彈力不一定相等。2．“活桿”與“死桿”模型(1)“活桿”：輕桿用轉(zhuǎn)軸或鉸鏈連接，當(dāng)桿處于平衡狀態(tài)時(shí)，桿所受到的彈力方向一定沿著桿，否則會(huì)引起桿的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖甲所示，若C為轉(zhuǎn)軸，則輕桿在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)中，彈力方向始終沿桿的方向。(2)“死桿”：若輕桿被固定不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，則桿所受到的彈力方向不一定沿桿的方向。如圖乙所示，水平橫梁的一端A插在墻壁內(nèi)，另一端裝有一個(gè)小滑輪B，一輕繩的一端C固定于墻壁上，另一端跨過(guò)滑輪后懸掛質(zhì)量為m的重物?；唽?duì)繩子的作用力應(yīng)為圖丙中兩段繩中拉力F1和F2的合力F的反作用力，即死桿彈力的方向不沿桿的方向?！镜淅?】如圖甲所示，細(xì)繩AD跨過(guò)固定的水平輕桿BC右端的定滑輪掛住一個(gè)質(zhì)量為M1的物體，∠ACB＝30°；圖乙中輕桿HG的一端用鉸鏈固定在豎直墻上，另一端G通過(guò)細(xì)繩EG拉住，EG與水平方向也成30°，在輕桿的G點(diǎn)用細(xì)繩GF拉住一個(gè)質(zhì)量為M2的物體，求：(1)細(xì)繩AC段的張力FTAC與細(xì)繩EG的張力FTEG之比；解析題圖甲和乙中的兩個(gè)物體都處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡的條件，首先判斷與物體相連的細(xì)繩，其拉力大小等于物體的重力；分別取C點(diǎn)和G點(diǎn)為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析如圖1、2所示，根據(jù)平衡條件可求解。圖1中細(xì)繩AD跨過(guò)定滑輪拉住質(zhì)量為M1的物體，物體處于平衡狀態(tài)，細(xì)繩AC段的拉力FTAC＝FTCD＝M1g圖2中由FTEGsin30°＝M2g，得FTEG＝2M2g。(2)輕桿BC對(duì)C端的支持力；解析圖1中，三個(gè)力之間的夾角都為120°，根據(jù)平衡條件有FNC＝FTAC＝M1g，方向與水平方向成30°角，指向右上方。(3)輕桿HG對(duì)G端的支持力。答案M1g，方向與水平方向成30°角，指向右上方1．在如圖所示的四幅圖中，AB、BC均為輕質(zhì)桿，各圖中桿的A、C端都通過(guò)鉸鏈與墻連接，兩桿都在B處由鉸鏈相連接。下列說(shuō)法正確的是(

)A．圖中的AB桿可以用與之等長(zhǎng)的輕繩代替的有甲、乙B．圖中的AB桿可以用與之等長(zhǎng)的輕繩代替的有甲、丙、丁C．圖中的BC桿可以用與之等長(zhǎng)的輕繩代替的有乙、丙D．圖中的BC桿可以用與之等長(zhǎng)的輕繩代替的有乙、丁B

解析：輕繩只能產(chǎn)生拉力，而桿可產(chǎn)生拉力也可產(chǎn)生推力，故繩能代替桿的情況只有當(dāng)桿中產(chǎn)生的是拉力時(shí)。題圖甲、丁中AB桿中是拉力、BC桿中是推力；題圖乙中兩桿均是推力；題圖丙兩桿均是拉力，只有B正確。2．(多選)將沙桶P用細(xì)繩系在C點(diǎn)，如圖所示，在兩沙桶中裝上一定質(zhì)量的沙子，沙桶(含沙子)P、Q的總質(zhì)量分別為m1、m2，系統(tǒng)平衡時(shí)，∠ACB＝90°、∠CAB＝60°，忽略滑輪的大小以及摩擦。則下列說(shuō)法正確的是(

)A．m1∶m2＝1∶1B．m1∶m2＝2∶1C．若在兩桶內(nèi)增加相同質(zhì)量的沙子，C點(diǎn)的位置上升D．若在兩桶內(nèi)增加相同質(zhì)量的沙子，C點(diǎn)的位置保持不變

|要點(diǎn)回眸|知能演練·重落實(shí)內(nèi)化知識(shí)鞏固技能31．若某一物體受共點(diǎn)力作用處于平衡狀態(tài)，則該物體(

)A．一定是靜止的B．一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)C．所受各共點(diǎn)力的合力可能不為零D．所受各共點(diǎn)力的合力為零解析：物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，物體可能靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，A、B錯(cuò)誤；物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受各共點(diǎn)力的合力一定為零，C錯(cuò)誤，D正確。D

2．(多選)如圖甲所示，在半球形的碗中放一木桿，碗的A、B兩點(diǎn)對(duì)桿的支持力分別為F1和F2；圖乙中桿的一端O用鉸鏈固定在墻上，另一端A處用豎直向上的力F將桿拉住，以下說(shuō)法正確的是(

)A．圖甲中F1與F2沒(méi)有作用在同一點(diǎn)，不是共點(diǎn)力B．圖甲中F1與F2的作用線的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，這兩個(gè)力是共點(diǎn)力C．圖乙中力F與桿的重力G沒(méi)有作用于一點(diǎn)且作用線的延長(zhǎng)線不可能相交，不是共點(diǎn)力D．圖乙中若F垂直于桿向上，則F與G也不是共點(diǎn)力BC

解析：根據(jù)共點(diǎn)力的定義可知，題圖甲中F1與F2不平行，作用線的延長(zhǎng)線一定交于一點(diǎn)，故F1、F2是共點(diǎn)力，A錯(cuò)誤，B正確；題圖乙中F豎直向上，與G平行，且作用點(diǎn)不同，則不是共點(diǎn)力，若F垂直于桿向上，則作用線的延長(zhǎng)線必與重力G的作用線的延長(zhǎng)線相交，F(xiàn)與G是共點(diǎn)力，C正確，D錯(cuò)誤。3．(多選)如圖所示，三段不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩OA、OB、OC，它們共同懸掛一重力G＝30N的重物，其中OB是水平的，A端、B端固定，θ＝60°。則OA和OB的拉力分別是(

)BD

4．如圖所示，工人緩慢地把貨物沿傾斜的木板推上汽車，貨物重力為800N，木板長(zhǎng)為5m，木板一端離地距離為1m，假定工人推力的方向始終與板面平行，推力的大小為300N。那么工人在推動(dòng)貨物的過(guò)程中，木板對(duì)貨物的摩擦力是多少？工人在緩慢地把貨物沿傾斜的木板向上推動(dòng)時(shí)，貨物沿斜面方向合力為零。故有F＝Gsinθ＋f，解得f＝F－Gsinθ＝140N。答案：140N課時(shí)跟蹤檢測(cè)41．(多選)下面關(guān)于共點(diǎn)力的平衡與平衡條件的說(shuō)法正確的是(

)A．如果物體的加速度為零，則必處于平衡狀態(tài)B．如果物體的運(yùn)動(dòng)速度大小不變，則必處于平衡狀態(tài)C．如果物體處于平衡狀態(tài)，則物體沿任意方向所受的合力都必為零D．如果物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài)，則任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等、方向相反解析：物體的加速度為零時(shí)一定處于平衡狀態(tài)，選項(xiàng)A正確；物體運(yùn)動(dòng)速度大小不變、方向變化時(shí)，物體不做勻速直線運(yùn)動(dòng)，一定不處于平衡狀態(tài)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受合力為零，物體沿任意方向所受的合力都必為零，選項(xiàng)C正確；物體受到三個(gè)共點(diǎn)力作用而處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受合力為零，則任意兩個(gè)共點(diǎn)力的合力與第三個(gè)力等大、反向，選項(xiàng)D正確。ACD

2．樹(shù)懶是一種懶得出奇的哺乳動(dòng)物，什么事都懶得做，甚至懶得去吃，懶得去玩耍，能耐饑一個(gè)月以上，非得活動(dòng)不可時(shí)，動(dòng)作也是懶洋洋的極其遲緩。圖中的樹(shù)懶靜止倒掛在樹(shù)干上，則樹(shù)干給樹(shù)懶的作用力方向?yàn)?

)A．垂直于樹(shù)干向上B．沿樹(shù)干向上C．豎直向上D．樹(shù)干形變復(fù)雜，無(wú)法判斷力的方向解析：樹(shù)懶靜止倒掛在樹(shù)干上，所受的重力與樹(shù)干對(duì)它的作用力平衡，可知樹(shù)干給樹(shù)懶的力方向?yàn)樨Q直向上，故選C。C

3．一個(gè)質(zhì)量為3kg的物體被放置在傾角為α＝30°的固定、光滑斜面上，在如圖甲、乙、丙所示的三種情況下，物體處于平衡狀態(tài)的是(g取10N/kg)(

)A．僅圖甲 B．僅圖丙C．僅圖乙 D．圖甲、乙、丙C

4．如圖所示的幾種情況中，不計(jì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)、各滑輪的質(zhì)量，不計(jì)一切摩擦，物體的質(zhì)量都為m，且均處于靜止?fàn)顟B(tài)，有關(guān)角度圖中已標(biāo)出。彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)FA、FB、FC、FD由大到小的排列順序是(

)A．FB＞FD＞FA＞FC B．FD＞FC＞FB＞FAC．FD＞FB＞FA＞FC D．FC＞FD＞FB＞FA5．如圖所示，對(duì)稱晾掛在光滑等腰三角形衣架上的衣服質(zhì)量為M，衣架頂角為120°，重力加速度為g，則衣架右側(cè)對(duì)衣服的作用力大小為(

)B

6．如圖所示，質(zhì)量為m的等邊三棱柱靜止在水平放置的斜面上，已知三棱柱與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，斜面的傾角為30°，重力加速度為g，則斜面對(duì)三棱柱的支持力與摩擦力的大小分別為(

)A

7．汽車45°傾角極限爬坡時(shí)的照片如圖所示，汽車緩慢逐步沿斜坡攀爬，坡的傾角逐漸增大至45°。下列關(guān)于汽車在這一爬坡過(guò)程的說(shuō)法正確的是(

)A．坡的傾角越大，汽車對(duì)坡面的壓力也越大B．汽車受到沿坡面向下、大小不斷減小的滑動(dòng)摩擦力作用C．汽車受到沿坡面向上、大小不斷增大的靜摩擦力作用D．若汽車能順利爬坡，則車胎與坡面間的最大靜摩擦力至少為車重力的大小C

8．(多選)如圖所示，一條細(xì)線一端與地板上的物塊B相連，另一端繞過(guò)輕質(zhì)光滑滑輪與小球A相連?；営昧硪粭l細(xì)線懸掛在天花板上的O1點(diǎn)，細(xì)線OO1與豎直方向夾角為

α＝30°，OA與OB的夾角為θ，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知小球A的重力為10N，則(

)A．細(xì)線OA的拉力為10NB．OO1線上的拉力大小為20NC．B受到的摩擦力大小為5ND．細(xì)線OA與OB間的夾角θ＝60°AD

9．如圖所示，一質(zhì)量為1kg、橫截面為直角三角形的物塊，∠ABC＝30°，物塊BC邊緊靠光滑豎直墻面，用一推力垂直作用在AB邊上使物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，則推力F多大？物塊受墻的彈力多大？(取g＝10N/kg)解析：物塊受重力G、推力F和墻的彈力FN作用，如圖所示，由平衡