共點力的平衡條件及其應用高一上學期物理粵教版（2019）必修第一冊

第三章相互作用

第六節(jié)共點力的平衡條件及其應用在自然界和日常生活中，物體的平衡是最常見的現(xiàn)象之一。高高聳立的巖石、婀娜多姿的平衡鳥、體育比賽中平衡木上的運動員等，都處于平衡狀態(tài)；現(xiàn)代高聳入云的廣州塔，以及形式各樣的斜拉橋等，都利用了物體平衡的原理。雜技的平衡之美——藝術(shù)的創(chuàng)造體育競技的平衡之美建筑的平衡之美——人類的智慧自然界的平衡之美自然界中物體的平衡構(gòu)成了一道道奇異的景色，生活中物體的平衡構(gòu)成了一幅幅美麗的畫卷，體育競技和雜技表演給我們展示的平衡是藝術(shù)的創(chuàng)造，而由物體的平衡原理制成的技術(shù)產(chǎn)品也在改變著我們的生活和周圍的世界。思考圖甲、乙、丙、丁分別畫出了重力為G的木棒在力F1和F2的共同作用下處于平衡狀態(tài)的情況，這些力都位于同一平面內(nèi)。根據(jù)每幅圖中各個力作用線的幾何關(guān)系，可以把上述四種情況的受力分成兩類，你認為哪些情況屬于同一類？你是根據(jù)什么來劃分的？圖甲和圖丁是同一類共點力的平衡如果幾個力作用在物體的同一點上[如圖(a)所示，或者幾個力的作用線相交于同一點[如圖(b)所示]，這幾個力就稱為共點力。(a)(b)為了明確表示物體所受的共點力，在作力的示意圖時，可以把這些力的作用點畫到它們作用線的公共交點上，如上圖所示。物體處于靜止或者保持勻速直線運動的狀態(tài)叫作平衡狀態(tài)。物體如果受到共點力的作用且處于平衡狀態(tài)，就叫作共點力的平衡，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，叫作共點力的平衡條件。探究共點力的平衡條件燈籠的受力示意圖二力平衡是指物體在兩個共點力的作用下處于平衡狀態(tài)，其平衡條件是這兩個力的大小相等、方向相反，作用在同一直線上。一個懸掛著的燈籠的受力情況如圖所示F=G，力F，G的合力為零。如果物體受到三個不在一條直線上的共點力的作用，怎樣才能保持平衡?實驗與探究取一個匯力圓環(huán)、三根一端帶小鉤的細繩、三個彈簧測力計，將三個小鉤都鉤在匯力圓環(huán)上。(1)如圖1所示，分別將彈簧測力計連接在三根細繩的末端，使匯力圓環(huán)在三根細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拉力的大小和方向。圖1(3)在平板上用力的圖示法畫出這三個力F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，如圖2所示。(4)用力的平行四邊形定則作出F1，F(xiàn)2的合力F，如圖3所示。比較F與F3的大小和方向。作出F2，F(xiàn)3的合力F’，如圖4所示，或者作出F1，F(xiàn)3的合力F”，如圖5所示，然后將合力與另外一個力進行比較。圖2圖3作出F1，F(xiàn)2的合力F圖4作出F2，F(xiàn)3的合力F’圖5作出F1，F(xiàn)3的合力F’’(5)在保證匯力圓環(huán)與定位圓重合的前提下，改變?nèi)毨K的拉力大小和方向，重復上述步驟。根據(jù)實驗結(jié)果，你能否歸納總結(jié)物體在三個共點力作用下的平衡條件。大量的實驗表明，物體受多個共點力的作用而處于平衡狀態(tài)時，其平衡條件是所受合力為零。共點力平衡條件的應用共點力作用下物體的平衡條件在社會生產(chǎn)生活實際中有廣泛的應用，下面分析兩個具體的例子。例題1：在圖中，小球重3N，光滑斜面的傾角α為30°。求斜面及豎直放置的擋板對小球作用力的大小。小球的受力分析圖分析：以小球為研究對象，小球受到斜面對它的作用力F1、擋板對它的作用力F2和重力G這三個力的作用。根據(jù)共點力的平衡條件，F(xiàn)1和F2的合力F的大小與重力G的大小相等。解：對小球的受力分析如圖所示。由幾何關(guān)系，得小球的受力分析圖代入數(shù)據(jù)，解得

即斜面對小球的作用力的大