高中物理 第4章 力與平衡 第3-4節(jié) 力的平衡、平衡條件的應(yīng)用課件 魯科版必修1.ppt

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第3節(jié)力的平衡第4節(jié)平衡條件的應(yīng)用 填一填 練一練 一 共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件 見(jiàn)課本第89 90頁(yè) 1 平衡狀態(tài) 如果一個(gè)物體保持靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng) 則這個(gè)物體就處于平衡狀態(tài) 2 共點(diǎn)力作用下的物體平衡條件 物體所受的合力為零 即F合 0 3 力的平衡 作用在物體上的幾個(gè)力的合力為零 這種情況叫做力的平衡 填一填 練一練 二 平衡的種類和穩(wěn)度 見(jiàn)課本第91 92頁(yè) 1 平衡的種類 1 A位置的平衡是不穩(wěn)定平衡 2 B位置的平衡是穩(wěn)定平衡 3 C位置的平衡是隨遇平衡 2 穩(wěn)度及影響穩(wěn)度的因素 1 穩(wěn)度 物體的穩(wěn)定程度 2 影響因素 a 重心的高度 重心越低 穩(wěn)度越大 b 支持面的大小 支持面越大 穩(wěn)度越大 填一填 練一練 三 平衡條件的應(yīng)用 見(jiàn)課本第94 95頁(yè) 1 物體的靜態(tài)平衡 物體所受力的合力為零 處于靜止的平衡狀態(tài) 2 物體在某方向的平衡 運(yùn)動(dòng)的物體在某一方向上合力為零時(shí) 在該方向上處于平衡狀態(tài) 填一填 練一練 豎直風(fēng)洞 噴出豎直向上的氣流能將體驗(yàn)者懸空 托起 假定某段時(shí)間體驗(yàn)者恰好在空中靜止 則下述各對(duì)力中屬于平衡力的是 A 人受到的重力和氣流對(duì)人向上的力B 地球?qū)θ说奈腿藢?duì)地球的吸引力C 人受到的重力和人對(duì)氣流向下的力D 人對(duì)氣流向下的力和氣流對(duì)人向上的力解析 人處于靜止?fàn)顟B(tài) 受到重力和氣流對(duì)人向上的力 二力是一對(duì)平衡力 故選A 答案 A 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 對(duì)平衡狀態(tài)和平衡條件的理解列車停靠在甲站 某時(shí)刻起沿水平直線軌道從甲站駛往乙站 列車經(jīng)歷了啟動(dòng)加速過(guò)程 以一定的速度平穩(wěn)行駛 再減速進(jìn)站 最后停在乙站 全過(guò)程中哪些階段列車是處于平衡狀態(tài)的 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 1 物體的平衡狀態(tài) 1 平衡狀態(tài) 一個(gè)物體在共點(diǎn)力作用下保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 則這個(gè)物體就處于平衡狀態(tài) 如光滑水平面上勻速滑動(dòng)的物塊 沿斜面勻速下滑的木箱 天花板上懸掛的吊燈等 這些物體都處于平衡狀態(tài) 2 平衡狀態(tài)與力的平衡 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 2 物體的平衡條件 1 共點(diǎn)力的平衡條件如果共點(diǎn)力的合力為零 則在兩個(gè)相互垂直的方向上的合力也必然為零 即Fx合 0 Fy合 0 2 平衡條件的四個(gè)推論 二力平衡條件 這兩個(gè)共點(diǎn)力大小相等 方向相反 三個(gè)力平衡條件 三個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí) 其中任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小相等 方向相反 而且在同一條直線上 物體在n個(gè)共點(diǎn)力同時(shí)作用下處于平衡狀態(tài)時(shí) 這些力在任何一個(gè)方向上的合力均為零 其中任意 n 1 個(gè)力的合力必定與第n個(gè)力等值反向 作用在同一直線上 物體在多個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí) 各力首尾相接必構(gòu)成一個(gè)封閉的多邊形 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 例題1 導(dǎo)學(xué)號(hào)93960069某物體受到共點(diǎn)力的作用 下列說(shuō)法中正確的是 A 該物體的速度在某一時(shí)刻等于零時(shí) 一定處于平衡狀態(tài)B 該物體相對(duì)另一物體保持靜止時(shí) 一定處于平衡狀態(tài)C 該物體所受合力為零時(shí) 就一定處于平衡狀態(tài)D 該物體處于平衡狀態(tài)時(shí) 所受共點(diǎn)力的個(gè)數(shù)一定是偶數(shù)解析 處于平衡狀態(tài)的物體 從運(yùn)動(dòng)形式上看 是處于靜止或保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài) 從受力上看 物體所受合力為零 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) 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 物體相對(duì)于另一物體靜止時(shí) 該物體不一定處于平衡狀態(tài) 如當(dāng)另一物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí) 該物體也做相同的變速運(yùn)動(dòng) 此物體處于非平衡狀態(tài) 故選項(xiàng)B錯(cuò)誤 選項(xiàng)C正確 物體處于平衡狀態(tài)時(shí) 指各個(gè)方向上的合力為零 與所受力的個(gè)數(shù)無(wú)關(guān) 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 C 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練1五個(gè)共點(diǎn)力在同一平面內(nèi)作用于物體上 恰好使物體處于平衡狀態(tài) 以下說(shuō)法不正確的是 A 其中任意四個(gè)力的合力一定與第五個(gè)力等大 反向B 其中任意三個(gè)力的合力一定與其他兩個(gè)力的合力等大 反向C 這五個(gè)力經(jīng)平移一定能構(gòu)成首尾相連的封閉五邊形D 若去掉其中兩個(gè)力 剩下的三個(gè)力一定不能使物體平衡解析 根據(jù)平衡條件知五個(gè)力的合力為零 選項(xiàng)A B C中結(jié)論是正確的 對(duì)于選項(xiàng)D 如果去掉的是一對(duì)平衡力 則其余三個(gè)力仍可以使物體平衡 所以選項(xiàng)D的說(shuō)法不正確 應(yīng)選D 答案 D 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 平衡條件的應(yīng)用如圖所示 一名騎獨(dú)輪車的雜技演員在空中鋼索上表演 讓人瞠目結(jié)舌 驚嘆不已 試分析演員手中拿和不拿曲桿 穩(wěn)度有變化嗎 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 求解共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的一般步驟1 選取研究對(duì)象 2 對(duì)所選取的研究對(duì)象進(jìn)行受力分析 并畫(huà)出受力圖 3 對(duì)研究對(duì)象所受的力進(jìn)行處理 一般情況下需要建立合適的直角坐標(biāo)系 對(duì)各力按坐標(biāo)軸進(jìn)行正交分解 4 建立平衡方程 若幾個(gè)力作用在同一直線上 可直接用F合 0列方程 若幾個(gè)力不在同一直線上 可用Fx合 0和Fy合 0列出方程組 5 對(duì)方程 組 求解 必要時(shí)對(duì)解進(jìn)行討論 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 例題2 導(dǎo)學(xué)號(hào)93960070 多選 如圖 a 所示 重物的質(zhì)量為m 輕細(xì)繩AO和BO的A端 B端是固定的 平衡時(shí)AO是水平的 BO與水平方向的夾角為 重力加速度為g AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小分別是 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 解析 方法一 合成法 由平行四邊形定則 作出F1 F2的合力F12 如圖 b 所示 又考慮到F12 mg 解直角三角形得F1 mgcot F2 方法二 分解法 用效果分解法求解 F2共產(chǎn)生兩個(gè)效果 一個(gè)拉著水平方向的繩子AO 另一個(gè)拉著豎直方向的繩子 如圖 c 所示 將F2分解在這兩個(gè)方向上 結(jié)合力的平衡知識(shí)得F1 F2 mgcot 顯然 也可以按mg 或F1 產(chǎn)生的效果分解mg 或F1 來(lái)求解此題 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 方法三 正交分解法 將O點(diǎn)受的力沿水平方向 豎直方向正交分解 如圖 a 所示 由力的平衡條件得F2cos F1 0 F2sin mg 0 解得F2 F1 mgcot 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 方法四 矢量三角形法 結(jié)點(diǎn)O受到mg F1和F2的作用處于平衡狀態(tài) 畫(huà)出受力分析圖 如圖 b 所示 再將三個(gè)力的矢量平移到一個(gè)三角形中 三力構(gòu)成首尾相接的封閉的三角形 如圖 c 所示 則由直角三角形知識(shí)可知F1 mgcot F2 答案 BD 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 變式訓(xùn)練2如圖所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O為球心 一質(zhì)量為m的小滑塊 在水平力F的作用下靜止于P點(diǎn) 設(shè)滑塊所受支持力為N OP與水平方向的夾角為 下列關(guān)系正確的是 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 解析 小滑塊受力分析如圖所示 根據(jù)平衡條件得答案 A 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 物體在某方向的平衡如圖所示 河道內(nèi)有一艘小船 有人用100N的力F1與河道成30 拉船 現(xiàn)要使船始終沿河道前進(jìn) 則至少需加多大的力才行 這個(gè)力的方向如何 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 1 做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體 其所受的一切外力在任意方向上的合力均為零 則物體在任意方向均處于平衡狀態(tài) 2 做變速直線運(yùn)動(dòng)的物體 物體所受的一切外力在垂直運(yùn)動(dòng)方向上分力的矢量和為零 則物體在垂直運(yùn)動(dòng)方向上處于平衡狀態(tài) 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 例題3 導(dǎo)學(xué)號(hào)93960071如圖所示 物體靜止于光滑水平面M上 俯視圖 水平恒力F1作用于物體 現(xiàn)要使物體沿著OO 方向做直線運(yùn)動(dòng) F1和OO 都在M平面內(nèi) 那么必須同時(shí)再加一個(gè)力F2 則F2的最小值是 A F1cos B F1sin C F1tan D F1cot 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 解析 由于物體沿OO 方向做直線運(yùn)動(dòng) 則物體受到的合力F沿OO 方向 而垂直O(jiān)O 方向上合外力為零 也就是F2用來(lái)平衡F1在垂直直線OO 方向上的分力 如圖 由三角形定則知 當(dāng)F2方向垂直O(jiān)O 時(shí) F2有最小值 為F2 F1sin 答案 B 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 變式訓(xùn)練3如圖所示 在傾角為30 的斜面上有一重10N的物塊 被平行于斜面大小為8N的恒力F推著沿斜面勻速上行 在推力F突然撤去的瞬間 物塊受到的合力大小為 A 2NB 3NC 5ND 8N解析 由平衡條件可得沿斜面方向F mgsin30 f垂直于斜面方向N mgcos30 當(dāng)F突然撤去的瞬間 物塊受到的合力大小為mgsin30 f 8N 答案 D 探究一 探究二 探究三 問(wèn)題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 12345 1 多選 下列物體中處于平衡狀態(tài)的是 A 靜止在粗糙斜面上的物體B 沿光滑斜面下滑的物體C 在平直路面上勻速行駛的汽車D 做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體在剛開(kāi)始下落的瞬間解析 在共點(diǎn)力的作用下 物體如果處于平衡狀態(tài) 則該物體必須同時(shí)具有以下兩個(gè)特點(diǎn) 從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)說(shuō) 物體保持靜止或者勻速直線運(yùn)動(dòng) 加速度為零 從受力情況來(lái)說(shuō) 合力為零 物體在某一時(shí)刻的速度為零 并不等同這個(gè)物體保持靜止 如果物體所受的合外力不為零 它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就要發(fā)生變化 在下一個(gè)瞬間就不能靜止了 所以物體是否處于平衡狀態(tài)要由物體所受的合外力和加速度判斷 而不能認(rèn)為物體某一時(shí)刻速度為零 就是處于平衡狀態(tài) 本題的正確選項(xiàng)應(yīng)為A C 答案 AC 12345 2 在同一平面內(nèi)的4個(gè)力作用在一個(gè)物體上 其合力為零 現(xiàn)在將其中的一個(gè)力F1在該平面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)60 其余的力均不變 則此時(shí)物體受到的合力大小為 A F1B F1C 2F1D 2F1解析 4個(gè)力的合力為零 則有F2 F3 F4的合力F 與F1等大反向 當(dāng)將F1在該平面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)60 時(shí) F1與F 成120 角 其合力大小等于F1 答案 A 12345 3 在日本東京舉行的第43屆世界體操錦標(biāo)賽上 我國(guó)選手陳一冰勇奪吊環(huán)冠軍 成就世錦賽四冠王 比賽中他先雙手撐住吊環(huán) 然后身體下移 雙臂緩慢張開(kāi)靜止于圖示位置 此時(shí)連接吊環(huán)的繩索與豎直方向的夾角為 已知他的體重為G 吊環(huán)和繩索的重力不計(jì) 則每條繩索的張力為 12345 解析 取運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象 他受到重力和繩索的拉力 三個(gè)力為共點(diǎn)力 繩索與豎直方向的夾角為 在豎直方向上由平衡條件得G 2Fcos 所以 故選項(xiàng)A正確 答案 A 12345 4 如圖所示 質(zhì)量為m的兩個(gè)球A B固定在橫桿的兩端 將其放入光滑的半圓形碗中 桿的長(zhǎng)度等于碗的半徑 當(dāng)桿與碗的豎直半徑垂直時(shí) 兩球剛好能平衡 則桿的作用力為 12345 解析 對(duì)B 也可以是A 受力分析如圖所示 FAB mgtan30 mg 選項(xiàng)A正確 選項(xiàng)B C D錯(cuò)誤 答案 A 12345 5 選做題 如圖所示 一個(gè)與豎直方向間夾角 30 的斜向推力F能使一塊重G 100N的物體貼著光滑的豎直墻面勻速上行 則推力F大小為多大 此時(shí)墻受到的壓力N大小為多大 12345 解析 以A為研究對(duì)象 受力如圖所示 建立直角坐標(biāo)系 由平衡條件知 N Fsin30 Fcos30 G 聯(lián)立得F 115 5N N 57 7N 由牛頓第三定律知墻受到的壓力大小是N N 57 7N 答案 115 5N57 7N