2019-2020年高中物理 力平衡教案7 新人教版.doc

2019-2020年高中物理 力平衡教案7 新人教版 【教学结构】本单学习要点是 1.物体的平衡.若n个力作用在物体同一点上或n个力的作用线交于一点，这n个力就是共点力.受共点力的物体处于静止或匀速直线运动状态叫物体处于平衡态.具有固定转动轴的物体，处于静止或匀速转动状态也叫处于平衡态，称转动平衡. 2.共点力物体的平衡条件，受共点力的物体处于平衡状态时，这些力的合力为零.反之，物体所受合力为零，它一定处于平衡状态求解共点力平衡问题的步聚一般是根据题目要求选择研究对象,研究对象的选取是为了解题方便,把已知量和未知量通过研究对象联系起来.对研究对象进行受力分析,画出受力图示.解决受三个共点力的物体平衡问题可用图解法.根据三力平衡，其中任意两个力的合力是第三个力的平衡力的思想，运用平行四边形法.根据条件建立直角坐标系，把力都分解到两个相互垂直的坐标轴方向上去，列出方程，解方程，得出结果. 3.有固定转轴物体的平衡条件.力对物体的转动效果，取决于力矩M.力矩是力F与力臂L的乘积.M=FL.力臂是转动轴到力的作用线的距离.如果力和转动轴平行，力臂为零，无论力F多大，力矩M都等于零，该力就不能使物体转动.有固定转轴物体的平衡条件是合力矩为零.（逆时针力矩为正，顺时针力矩为负）也可以表示为顺时针力矩等于逆时针力矩.【解题要点】例1.如图22 - (1)所示，重10N的物体A静止在倾角为30的斜面上，试求斜面对物体A的支持力和摩擦力的大小.分析解答：物体在斜面上静止，受到重力、支持力、静摩擦力三个力作用，此三个力合力为零.支持力N和摩擦力f的合力F一定与重力G等值反向共线，是G的平衡力.画出以N、f为邻边，F为对角线的平行四边形或包括N、f、F的矢量三角形.得出,.三个力中任何两个力的合力都是另一个力的平衡力.如图22-(2)所示，重力G与支持力N的合力R是摩擦力f的平衡力，也可得到上述正确结论.物体受三个力作用而平衡，也可采用正交分解.如图22-(3)所示，沿平行和垂直斜面方向建立直角坐标系，把G分解到两轴方向上去.根据 可得 点评.图解法解受三个力物体平衡问题，是根据其中任意两个力的合力是另外一个力的平衡力的思想.画出包括三个力在内的平行四边形或矢量三角形求解的.正交分解法在解决物体平衡问题的应用，具有普通意义.例2.如图23所示，质量为m的小球，用一根长为L的细绳吊起来，放在半径为R的光滑球体表面上，由悬点到球面的最小距离为d，则小球对球面的压力 ；绳的拉力为 .分析解答：球面光滑，小球只受竖直向下的重力G，沿绳的拉力T和沿半径方向向外的支持力N的作用.小球静止，三力的合力为零.如图23所示，画出以T，N为邻边，F为对角线的平行四边形或包括T、N、F在内的矢量三角形.根据题设条件，长度三角形AOB与力的三角形FNT（力F、N、T顺序围成的三角形）相似，对应边成比例.可得到.点评.画出力的矢量三角形后，还要运用数学知识解三角形求出待求量，解三角形一般常用三角形函数、正弦定理，力和长度三角形相似等方法.例3.用绳将球A掛在光滑竖直墙上，如图24-(1)所示，当绳子变长时，绳的拉力和球对墙的压力将如何变化？分析解答.球A为研究对象，它受到竖直向下的重力、垂直墙水平向右的支持力N和绳的拉力T.小球静止，三力合力为零，如图24-(2)，T、N合力F是G的平衡力，大小等于mg，方向竖直向上.根据T、N、F的矢量三角形，可得；.当绳变长时，变小，cos增大， tg减小，绳的位力T和墙对球的支持力N都减小，球对墙的压力是墙对球的支持力N的反作用力，也要减小.本题由于没有求力的具体数值，只要求判断力的变化，不用列数学式子讨论，单根据图解法画出力的示意图也可求解.因为T、N的合力F大小为G、方向竖直向上.N的方向总是垂直于墙水平向右，即已知合力和一个分力的方向求另一分力. 根据矢量合成的三角形法则，由图24-(3)可知，当绳变长，减小时,T、N都减小.例4. 如图25-(1)所示，光滑球放在两个平板AB、AC之间， AB与水平面间夹角为60，AB与AC之间的夹角也是60，使AB板固定，AC板与AB板间的夹角为逐渐增大直到120的过程中，则球对AC板的压力大小（ ）A. 先增大后减小.B.逐渐增大.C.先减小后增大.D.逐渐减小.分析解答. 图解法：光滑球放在两平板之间，受重力G、支持力N1、和N2，三力处平衡状态，当AB板固定，AC板角度变化时，力N2的方向不变，N1的方向、大小随两板的夹角变化而变化.重力的平衡力F是N1、N2的合力.做出力的矢量三角形.不变时，N1的大小和方向如图25-2中实线所示，当角变大时，力N2方向不变，力N1大小、方向都在变化.图中虚线所示矢量三角形也在变化.可以看出：由60变到120的过程中，力N1先减小后增大，=90时N1最小.而力N2一直随角的增大而减小.C选项正确.正交分解法：球受三个力，可以建立平行板AB和垂直板AB的直角坐标，把N1和G分解到两坐标轴方向上.如图25-(3)所示， 解得 角在6090之间随增大，ctg值从减小到零.角在90到120之间时随的增大，ctg值从零减小到. 所以在 60到120之间增大时，ctg一直减小，N2也一直减小.当=120时，.此时球与AB板接触，但无弹性形变，没有弹力.角在60到120增大时，N1先减小，到90时值最小，以后随增大,N1值增大，到120时，.点评.矢量的运算可以用图解法和正交分解法求解.应用图解法，有时比较方便.例5.一根一端粗，一端细的木料，被悬掛起来，恰处于水平位置然后从悬点锯断，则（ ）A. 粗段比细段重 B.粗段比细段轻 C.两段一样重 D.无法解定分析解答.木料悬掛起来，悬点不动.木料在水平位置静止，其所受合力矩为零，或木料的顺时针力矩等于逆时针力矩.如图26所示，把悬点左侧较细部分的木料看成一个物体，重力为G1，重心为O1，悬点右侧较粗部分的木料当成另一个物体，重力为G2，重心为O2.悬点（轴）到这两个物体的重力作用线的距离（力臂）L1L2.木料平衡，G1L1=G2L2G2G1.木料粗段比细段重.A选项正确.点评.力对物体轴动效果取决于力矩，有固定转轴物体的平衡条件是合力矩为零.例6.如图27所示厚薄均匀的BC板长L=0.5米，一端B与墙用铰链连接，在C端用一水平的细绳连接，绳的另一端固定在墙上A点，已知CBA=60，板上放一重球，球重G1=20N，半径为5厘米，板重G2=8N.求水平绳的拉力T.（不计任何摩擦）分析解答. 球受共点力处于平衡状态.杆BC是有固定转轴物体处于平衡状态. 如图27所示.杆BC受球对它的压力F，力臂LF，重力G，力臂LG，这两个力的力矩是顺时针力矩.绳拉力T,其力臂LT ，对杆BC产生逆时针力矩.杆BC平衡.顺时针力矩等于逆时针力矩.杆BC平衡.顺时针力矩等于逆时针力矩.FLF+GLG=TLT.球受重力.杆BC支持力N1,墙的支持力N2.N1、N2合力F是重力G的平衡力.画出平行四边形,求得F与N1是作用力反作用. F=N1、LT=Lsin30.上述各量代入杆BC平衡的方程中.可得T=14.8N.点评.共点力物体平衡和固定转轴物体的平衡的条件不同,要分析清物体是哪种平衡,根据不同的平衡条件.用不同规律解决平衡问题.【课余思考】 1.物体受三个不相互平行的力而处于平衡状态,这三个力一定共点吗?2. 物体受多个(三个以上)共点力作用而处于平衡状态.处理力时,用什么方法较好.【同步练习】1. 如图28所示.测力计、绳子和滑轮的质量都不计,摩擦不计.物体A重40N，物体B重10N. 整个装置静止，以下说法正确的是( )A.地面对A的支持力是30N B. 物体A受到的合外力是30NC.测力计示数是20N D. 测力计示数是30N 2.如图29所示.如果改变AO绳的悬点A的位置,使角增大而保持BO绳水平方向.设绳AO拉力为T1,BO绳拉力为T2,那么T1和T2的变化关系是( )A. T1增,T2增,且T1T2 B. T1增,T2增,且T1T2C. T1增,T2不变且T1T2D.T1 增,T2减,且T1T2 3.如图30所示.均匀直尺放在桌面上,一端悬掛一个砖码,尺将平衡.尺伸出桌面长度是全长的2 / 7，则尺的重量与砖码重量的比是( )A. 2：7B. 7：2C. 4：3D. 1：4参考答案. 1. AC 2. A 3. C【章节点评】本章内容是一个概念,两个规律,三个方法.一个概念是力的概念.力是矢量,要清楚重力、弹力、摩擦力的特点。两个规律是共点力物体和有固定转轴物体的平衡条件。三个方法是分析力的隔离法和整体法；处理力的平行四边形，三角形法则和正分解法.