高中物理 第4章 力与平衡 第3-4节 力的平衡、平衡条件的应用课件 鲁科版必修1.ppt

第3节力的平衡第4节平衡条件的应用 填一填 练一练 一 共点力作用下物体的平衡条件 见课本第89 90页 1 平衡状态 如果一个物体保持静止或做匀速直线运动 则这个物体就处于平衡状态 2 共点力作用下的物体平衡条件 物体所受的合力为零 即F合 0 3 力的平衡 作用在物体上的几个力的合力为零 这种情况叫做力的平衡 填一填 练一练 二 平衡的种类和稳度 见课本第91 92页 1 平衡的种类 1 A位置的平衡是不稳定平衡 2 B位置的平衡是稳定平衡 3 C位置的平衡是随遇平衡 2 稳度及影响稳度的因素 1 稳度 物体的稳定程度 2 影响因素 a 重心的高度 重心越低 稳度越大 b 支持面的大小 支持面越大 稳度越大 填一填 练一练 三 平衡条件的应用 见课本第94 95页 1 物体的静态平衡 物体所受力的合力为零 处于静止的平衡状态 2 物体在某方向的平衡 运动的物体在某一方向上合力为零时 在该方向上处于平衡状态 填一填 练一练 竖直风洞 喷出竖直向上的气流能将体验者悬空 托起 假定某段时间体验者恰好在空中静止 则下述各对力中属于平衡力的是 A 人受到的重力和气流对人向上的力B 地球对人的吸引力和人对地球的吸引力C 人受到的重力和人对气流向下的力D 人对气流向下的力和气流对人向上的力解析 人处于静止状态 受到重力和气流对人向上的力 二力是一对平衡力 故选A 答案 A 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 对平衡状态和平衡条件的理解列车停靠在甲站 某时刻起沿水平直线轨道从甲站驶往乙站 列车经历了启动加速过程 以一定的速度平稳行驶 再减速进站 最后停在乙站 全过程中哪些阶段列车是处于平衡状态的 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 1 物体的平衡状态 1 平衡状态 一个物体在共点力作用下保持静止或匀速直线运动状态 则这个物体就处于平衡状态 如光滑水平面上匀速滑动的物块 沿斜面匀速下滑的木箱 天花板上悬挂的吊灯等 这些物体都处于平衡状态 2 平衡状态与力的平衡 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 2 物体的平衡条件 1 共点力的平衡条件如果共点力的合力为零 则在两个相互垂直的方向上的合力也必然为零 即Fx合 0 Fy合 0 2 平衡条件的四个推论 二力平衡条件 这两个共点力大小相等 方向相反 三个力平衡条件 三个共点力平衡时 其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等 方向相反 而且在同一条直线上 物体在n个共点力同时作用下处于平衡状态时 这些力在任何一个方向上的合力均为零 其中任意 n 1 个力的合力必定与第n个力等值反向 作用在同一直线上 物体在多个共点力作用下处于平衡状态时 各力首尾相接必构成一个封闭的多边形 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 例题1 导学号93960069某物体受到共点力的作用 下列说法中正确的是 A 该物体的速度在某一时刻等于零时 一定处于平衡状态B 该物体相对另一物体保持静止时 一定处于平衡状态C 该物体所受合力为零时 就一定处于平衡状态D 该物体处于平衡状态时 所受共点力的个数一定是偶数解析 处于平衡状态的物体 从运动形式上看 是处于静止或保持匀速直线运动的状态 从受力上看 物体所受合力为零 某一时刻速度为零的物体 受力不一定为零 故不一定处于平衡状态 选项A错误 物体相对于另一物体静止时 该物体不一定处于平衡状态 如当另一物体做变速运动时 该物体也做相同的变速运动 此物体处于非平衡状态 故选项B错误 选项C正确 物体处于平衡状态时 指各个方向上的合力为零 与所受力的个数无关 选项D错误 答案 C 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 变式训练1五个共点力在同一平面内作用于物体上 恰好使物体处于平衡状态 以下说法不正确的是 A 其中任意四个力的合力一定与第五个力等大 反向B 其中任意三个力的合力一定与其他两个力的合力等大 反向C 这五个力经平移一定能构成首尾相连的封闭五边形D 若去掉其中两个力 剩下的三个力一定不能使物体平衡解析 根据平衡条件知五个力的合力为零 选项A B C中结论是正确的 对于选项D 如果去掉的是一对平衡力 则其余三个力仍可以使物体平衡 所以选项D的说法不正确 应选D 答案 D 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 平衡条件的应用如图所示 一名骑独轮车的杂技演员在空中钢索上表演 让人瞠目结舌 惊叹不已 试分析演员手中拿和不拿曲杆 稳度有变化吗 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 求解共点力平衡问题的一般步骤1 选取研究对象 2 对所选取的研究对象进行受力分析 并画出受力图 3 对研究对象所受的力进行处理 一般情况下需要建立合适的直角坐标系 对各力按坐标轴进行正交分解 4 建立平衡方程 若几个力作用在同一直线上 可直接用F合 0列方程 若几个力不在同一直线上 可用Fx合 0和Fy合 0列出方程组 5 对方程 组 求解 必要时对解进行讨论 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题2 导学号93960070 多选 如图 a 所示 重物的质量为m 轻细绳AO和BO的A端 B端是固定的 平衡时AO是水平的 BO与水平方向的夹角为 重力加速度为g AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小分别是 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 方法一 合成法 由平行四边形定则 作出F1 F2的合力F12 如图 b 所示 又考虑到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共产生两个效果 一个拉着水平方向的绳子AO 另一个拉着竖直方向的绳子 如图 c 所示 将F2分解在这两个方向上 结合力的平衡知识得F1 F2 mgcot 显然 也可以按mg 或F1 产生的效果分解mg 或F1 来求解此题 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 方法三 正交分解法 将O点受的力沿水平方向 竖直方向正交分解 如图 a 所示 由力的平衡条件得F2cos F1 0 F2sin mg 0 解得F2 F1 mgcot 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 方法四 矢量三角形法 结点O受到mg F1和F2的作用处于平衡状态 画出受力分析图 如图 b 所示 再将三个力的矢量平移到一个三角形中 三力构成首尾相接的封闭的三角形 如图 c 所示 则由直角三角形知识可知F1 mgcot F2 答案 BD 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练2如图所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O为球心 一质量为m的小滑块 在水平力F的作用下静止于P点 设滑块所受支持力为N OP与水平方向的夹角为 下列关系正确的是 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 小滑块受力分析如图所示 根据平衡条件得答案 A 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 物体在某方向的平衡如图所示 河道内有一艘小船 有人用100N的力F1与河道成30 拉船 现要使船始终沿河道前进 则至少需加多大的力才行 这个力的方向如何 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 做匀速直线运动的物体 其所受的一切外力在任意方向上的合力均为零 则物体在任意方向均处于平衡状态 2 做变速直线运动的物体 物体所受的一切外力在垂直运动方向上分力的矢量和为零 则物体在垂直运动方向上处于平衡状态 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题3 导学号93960071如图所示 物体静止于光滑水平面M上 俯视图 水平恒力F1作用于物体 现要使物体沿着OO 方向做直线运动 F1和OO 都在M平面内 那么必须同时再加一个力F2 则F2的最小值是 A F1cos B F1sin C F1tan D F1cot 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 由于物体沿OO 方向做直线运动 则物体受到的合力F沿OO 方向 而垂直OO 方向上合外力为零 也就是F2用来平衡F1在垂直直线OO 方向上的分力 如图 由三角形定则知 当F2方向垂直OO 时 F2有最小值 为F2 F1sin 答案 B 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练3如图所示 在倾角为30 的斜面上有一重10N的物块 被平行于斜面大小为8N的恒力F推着沿斜面匀速上行 在推力F突然撤去的瞬间 物块受到的合力大小为 A 2NB 3NC 5ND 8N解析 由平衡条件可得沿斜面方向F mgsin30 f垂直于斜面方向N mgcos30 当F突然撤去的瞬间 物块受到的合力大小为mgsin30 f 8N 答案 D 探究一 探究二 探究三 问题导引 名师精讲 典例剖析 12345 1 多选 下列物体中处于平衡状态的是 A 静止在粗糙斜面上的物体B 沿光滑斜面下滑的物体C 在平直路面上匀速行驶的汽车D 做自由落体运动的物体在刚开始下落的瞬间解析 在共点力的作用下 物体如果处于平衡状态 则该物体必须同时具有以下两个特点 从运动状态来说 物体保持静止或者匀速直线运动 加速度为零 从受力情况来说 合力为零 物体在某一时刻的速度为零 并不等同这个物体保持静止 如果物体所受的合外力不为零 它的运动状态就要发生变化 在下一个瞬间就不能静止了 所以物体是否处于平衡状态要由物体所受的合外力和加速度判断 而不能认为物体某一时刻速度为零 就是处于平衡状态 本题的正确选项应为A C 答案 AC 12345 2 在同一平面内的4个力作用在一个物体上 其合力为零 现在将其中的一个力F1在该平面内顺时针转过60 其余的力均不变 则此时物体受到的合力大小为 A F1B F1C 2F1D 2F1解析 4个力的合力为零 则有F2 F3 F4的合力F 与F1等大反向 当将F1在该平面内顺时针转过60 时 F1与F 成120 角 其合力大小等于F1 答案 A 12345 3 在日本东京举行的第43届世界体操锦标赛上 我国选手陈一冰勇夺吊环冠军 成就世锦赛四冠王 比赛中他先双手撑住吊环 然后身体下移 双臂缓慢张开静止于图示位置 此时连接吊环的绳索与竖直方向的夹角为 已知他的体重为G 吊环和绳索的重力不计 则每条绳索的张力为 12345 解析 取运动员为研究对象 他受到重力和绳索的拉力 三个力为共点力 绳索与竖直方向的夹角为 在竖直方向上由平衡条件得G 2Fcos 所以 故选项A正确 答案 A 12345 4 如图所示 质量为m的两个球A B固定在横杆的两端 将其放入光滑的半圆形碗中 杆的长度等于碗的半径 当杆与碗的竖直半径垂直时 两球刚好能平衡 则杆的作用力为 12345 解析 对B 也可以是A 受力分析如图所示 FAB mgtan30 mg 选项A正确 选项B C D错误 答案 A 12345 5 选做题 如图所示 一个与竖直方向间夹角 30 的斜向推力F能使一块重G 100N的物体贴着光滑的竖直墙面匀速上行 则推力F大小为多大 此时墙受到的压力N大小为多大 12345 解析 以A为研究对象 受力如图所示 建立直角坐标系 由平衡条件知 N Fsin30 Fcos30 G 联立得F 115 5N N 57 7N 由牛顿第三定律知墙受到的压力大小是N N 57 7N 答案 115 5N57 7N