高一物理配套课件：第4章 第2节《共点力平衡条件的应用》（教科版必修1）

欢迎进入物理课堂 第四章物体的平衡 第二节 1 会用平衡条件解决实际问题 2 会用图解法分析动态平衡问题 一 移动货箱问题如图所示 货箱重力为G F为它受到的拉 推 力 FN为地面支持力 f为摩擦力 货箱受到四个共点力的作用 若它与地面之间的动摩擦因数为 则在向前拉的情况下 向前拉的力是 地面的支持力是 摩擦力是 能拉动货箱的条件是 在向前推的情况下 向前推的力是 地面的支持力是 摩擦力是 能推动货箱的条件是 Fcos N N或f Fcos N Fcos N N或f Fcos N 二 绳子粗细的选择如图甲所示 用绳子把排球网架的直杆垂直于地面拉住 三段绳在同一平面内 OA OB两绳的拉力大小相同 夹角为60 甲乙 1 对O点受力分析 建立如图乙所示的坐标系 2 正交分解FA FB 则y轴方向上的平衡方程为 FC 3 因FA FB 所以FA FB FC 4 若绳子承受的拉力跟绳的截面积成正比 则SC SA OC绳的直径是OA OB 绳直径的倍才合理 FAcos30 FBcos30 一 解答平衡问题的常用方法1 整体法与隔离法 所谓整体法就是对物理问题的整个系统或整个过程进行分析 研究的方法 隔离法是从研究问题的方便性出发 将物体系统中的某一部分隔离出来单独分析研究的方法 通过整体法分析物理问题 可以弄清系统的整体受力情况和全过程的受力情况 从整体上揭示事物的本质和变化规律 从而避开了中间环节的繁琐推算 能够巧妙地解决问题 2 相似三角形法 利用表示力的矢量三角形与表示实物的几何三角形相似的关系 建立方程求解 应用这种方法 能够巧妙地解决问题 3 三力汇交原理解题法 物体在作用线共面的三个非平行力的作用下处于平衡状态时 这三条作用线或其延长线必相交于一点 例如 有一半圆形光滑容器 圆心为O 有一均匀直杆AB如图所示放置 若处于平衡状态 则杆所受的重力G 容器对杆的弹力F和N是非平行力 由三力汇交原理可知 G F N必相交于一点C 二 解决共点力平衡问题的一般步骤1 选取研究对象根据题目要求 选取某物体 整体或局部 作为研究对象 在平衡问题中 研究对象常有三种情况 1 单个物体 将物体受到的各个力的作用点全都画到物体的几何中心上 2 多个物体 系统 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 3 几个物体的结点 几根绳 绳和棒之间的结点常常是平衡问题的研究对象 2 分析研究对象的受力情况 并作出受力图 3 对研究对象所受的力进行处理 一般情况下利用正交分解法 4 利用平衡条件建立方程 5 解方程 必要时对解进行讨论 三 动态平衡的分析方法1 把物体受到几个变化的力作用 也可能只是某些力在变化 而处于平衡状态 或物体在缓慢移动过程中所处的每一个状态都可视为受力平衡的问题 统称为力学动态平衡问题 2 分析动态平衡的方法 1 代数法 引入一个自变量 通过建立平衡方程 建立变化的力与自变量的函数关系 由关系式分析力的变化情况 2 相似三角形法 利用力的矢量三角形与几何三角形相似 可以得到力的大小之比等于三角形的边长之比 分析变化的力随几何边长变化的关系 3 矢量图解法 由共点力平衡条件和平行四边形定则 画出反映力关系的矢量图 从图示中观察 分析力的变化情况 用整体法和隔离法解决平衡问题 有一个直角支架AOB AO水平放置 表面粗糙 OB竖直向下 表面光滑 AO上套有小环P OB上套有小环Q 两环质量均为m 两环间由一根质量可忽略 不可伸长的细绳相连 并在某一位置平衡 如图所示 现将P环向左移一小段距离 两环再次达到平衡 那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较 AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是 A N不变 T变大B N不变 T变小C N变大 T变大D N变大 T变小 答案 B 题后总结 当一个系统处于平衡状态时 组成系统的每一个物体都处于平衡状态 一般地 当求系统内各部分间的相互作用时用隔离法 求系统受到的外力作用时用整体法 整体法的优点是研究对象少 未知量少 方程数少 求解较简捷 在实际应用中往往将二者结合应用 针对训练 1 如图所示 位于水平桌面上的物块P 由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连 从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的 已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是 两物块的质量都是m 滑轮的质量 滑轮轴上的摩擦都不计 若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动 则F的大小为 A 4 mgB 3 mgC 2 mgD mg解析 对整体F 2T FPT FQ mg FP 2mg则F 4 mg 答案 A 动态平衡分析 如图所示 把球夹在竖直墙面AC和木板BC之间 不计摩擦 球对墙的压力为N1 球对板的压力为N2 在将板BC逐渐放至水平的过程中 下列说法正确的是A N1和N2都增大B N1和N2都减小C N1增大 N2减小D N1减小 N2增大 解析 此为一动态平衡问题 受力情况虽有变化 但球始终处于平衡状态 法一 图解法对球受力分析如图所示 受重力G 墙对球的支持力N1 和板对球的支持力N2 而平衡 做出N1 和N2 的合力F 它与G等大反向 当板BC逐渐放至水平的过程中 N1 的方向不变 大小逐渐减小 N2 的方向发生变化 大小也逐渐减小 如右上图所示 由牛顿第三定律可知 N1 N1 N2 N2 故答案B正确 法二 解析法对球受力分析如图所示 受重力G 墙对球的支持力N1 和板对球的支持力N2 而平衡 则F G N1 Ftan N2 F cos 所以N1 Gtan N2 G cos 当板BC逐渐放至水平的过程中 逐渐减小 所以由上式可知 N1 减小 N2 也减小 由牛顿第三定律可知 N1 N1 N2 N2 故答案B正确 答案 B 针对训练 2 如图所示 绳OA OB悬挂重物于O点 开始时OA水平 现缓慢提起A端而O点的位置保持不变 则 A 绳OA的张力逐渐减小B 绳OA的张力逐渐增大C 绳OA的张力先增大 后减小D 绳OA的张力先减小 后增大 解析 设OA绳的张力为T1 OB绳的张力为T2 T1与T2的合力必与mg等大反向 故在T1 T2发生变化时 T1 T2的合力的大小 方向都不变 由于T2的方向不变 故T1的一端只能在T2的作用线上滑动 画出T1 T2合成的平行四边形 由图易见 T1 T2时 T1有最小值 故选项D正确 答案 D 误区 对物体受力分析 顾此失彼 典型例题 如图所示 物体A靠在竖直墙面上 在力F作用下 A B保持静止 物体B的受力个数为A 2B 3C 4D 5 尝试解答 若A B之间没有弹力 则A不会静止 故A B之间有弹力 若A B之间无摩擦力 则B不会静止 故B受到重力 外力F 弹力和摩擦力共4个力的作用 答案 C 误区警示 本题极易错选B项 分析A的受力时 只考虑到A受重力 B对A的弹力和墙对A的弹力 可处于平衡状态 而忽略B的受力 谢谢观看 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全