高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 共点力的平衡教课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 共点力的平衡教课课件ppt，共50页。PPT课件主要包含了自主预习·新知导学，合作探究·释疑解惑，课堂小结，随堂练习，答案130°等内容，欢迎下载使用。
自主预习·新知导学
共点力平衡的条件1.平衡状态:物体受到几个力作用时,如果保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这个物体处于平衡状态。2.共点力平衡的条件:在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)若一个物体处于平衡状态,则此物体一定处于静止状态。(　　)(2)若物体处于平衡状态,其所受合外力一定为零。(　　)(3)物体只有在不受力的作用时才能保持平衡状态。(　　)提示:(1)×　(2)√　(3)×
2.刚刚启动的汽车速度为零,汽车是否处于平衡状态?提示:汽车不处于平衡状态。速度为零,但加速度不为零,不满足平衡状态的条件。
合作探究·释疑解惑
知识点一 对物体平衡状态及平衡条件的理解
问题引领如图所示,(1)黄山飞来石独自静止于悬崖之上,它受哪些力作用?这些力大小、方向有何关系?它们的合力有何特点?(2)高铁在水平轨道上匀速前进,它受哪些力作用?这些力大小、方向有何关系?它们的合力有何特点?
(3)图中两个物体的运动状态在物理上叫什么状态?提示:(1)受重力和支持力。重力竖直向下,支持力竖直向上,二力等大、反向。合力为零。(2)受重力、支持力、牵引力和阻力四个力。重力与支持力等大、反向,牵引力与阻力等大、反向。合力为零。(3)平衡状态。
归纳提升1.从运动学的角度理解平衡状态:平衡的物体处于静止或匀速直线运动状态,此种状态其加速度为零,即处于平衡状态的物体加速度为零;反过来加速度为零的物体一定处于平衡状态。2.从动力学的角度理解平衡状态:处于平衡状态的物体所受的合外力为零,反过来物体受到的合外力为零,它一定处于平衡状态。3.共点力作用下物体的平衡条件:F合=0,即Fx合=0,Fy合=0。
4.由平衡条件得出的三个结论。(1)二力平衡条件:这两个共点力大小相等、方向相反。(2)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。(3)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。
典型例题【例题1】 关于受到共点力作用的物体,下列说法正确的是(　　)A.速度在某一时刻等于0的物体一定处于平衡状态B.相对于另一物体保持静止的物体一定处于平衡状态C.物体所受合力为0,就一定处于平衡状态D.物体做匀加速运动时,一定处于平衡状态
答案:C解析:此题考查学生对平衡状态的辨析能力,意在提高学生的物理观念。处于平衡状态的物体,在运动形式上是处于静止或匀速直线运动状态,从受力上来看,物体所受合力为零,C正确;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,A错误;物体相对于另一物体静止时,该物体不一定静止,如当另一物体做变速运动时,该物体也做变速运动,此物体处于非平衡状态,B错误;物体做匀加速运动,所受合力不为零,故不是平衡状态,D错误。
“静止”与“v=0”的区别:(1)物体保持静止状态说明v=0,且a=0,物体受合外力为零,物体处于平衡状态。(2)物体运动速度v=0有两种可能。①v=0,a≠0,物体受合外力不等于零,物体并不保持静止,处于非平衡状态,如上抛到最高点的物体。②v=0,a=0,这种情况与(1)中的静止状态一致。
【变式训练1】 关于物体的平衡,下列说法正确的是(　　)A.如果物体所受合力等于零,则一定处于静止状态B.如果物体所受合力等于零,则一定处于匀速直线运动状态C.只要物体速度等于零,物体就处于平衡状态D.如果物体受到共点力作用而处于平衡状态,则合外力一定为零
答案:D解析:物体所受合力等于零,则物体处于静止状态或匀速直线运动状态,故A、B错误;物体速度为零时,合力可能不为零,如竖直上抛物体到达最高点的瞬间,故C错误。
知识点二 物体静态平衡问题的处理
如图所示,一位重600 N的演员悬挂在绳上,讨论AO、BO两绳受到的拉力的大小。(1)题中的人处于什么状态?受几个力?(2)可采用什么办法进行求解?(3)正交分解法能解决此类问题吗?如何建坐标系?
提示:(1)静止状态,受三个力(重力、AO绳的拉力、BO绳的拉力)。(2)选取人为研究对象,可采用合成法、分解法、正交分解法求解。(3)能,可建两轴分别为水平和竖直的坐标系。
归纳提升1.解决静态平衡问题的常用方法(1)合成法:物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等,方向相反。(2)正交分解法:物体受到三个或三个以上力的作用时,将物体所受的力沿着两个相互垂直的方向分解,每个方向上的力都满足平衡条件。(3)力的三角形法:对受三个力作用而平衡的物体,将力的矢量图平移使三个力组成一个首尾依次相接的矢量三角形,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力。
2.运用共点力平衡条件解决静态平衡问题的基本步骤(1)选取研究对象(物体、质点或绳的结点等)。(2)对所选取的研究对象进行受力分析并画出受力分析图。(3)选用合适的方法对研究对象所受的力进行处理。(4)根据F合=0或Fx合=0,Fy合=0列方程求解。
解析:(1)设轻绳对B的拉力为FT,以小球为研究对象,作出受力图如图甲所示,由平衡条件可得Fcs 30°=FTcs θ,Fsin 30°+FTsin θ=mBg
(2)以木块和小球组成的整体为研究对象,分析受力情况如图乙所示。由平衡条件得Fcs 30°=FfFN+Fsin 30°=(mA+mB)g,又Ff=μFN
物体受三个力平衡时,利用力的分解法或合成法比较简单;物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法,解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合,需要分解的力尽可能少。
【变式训练2】 如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m1和m2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m1的小球与O点的连线和水平线的夹角为α=60°。则两小球的质量比 为多少?
解析:小球m2受重力和细线的拉力处于平衡状态,则由二力平衡条件得FT=m2g。解法一:正交分解法。以小球m1为研究对象,受力分析如图所示,以FN的方向为y轴,垂直于FN的方向为x轴建立坐标系。FN与FT的夹角为60°,m1g与y轴成30°角。
在x轴方向上,由物体的平衡条件有
知识点三 物体动态平衡问题的分析
问题引领如图所示,物体在外力作用下“缓慢”移动,能看成平衡状态吗?提示:能,是动态平衡。
归纳提升1.所谓动态平衡问题,就是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢变化的平衡问题。即任一时刻物体均处于平衡状态。
2.处理动态平衡问题的一般方法。(1)解析法:对研究对象的任一状态进行受力分析,建立平衡方程,求出因变量与自变量的一般函数式,然后根据自变量的变化确定因变量的变化。(2)图解法:对研究对象进行受力分析,再根据平行四边形定则画出不同状态下的力的矢量图(画在同一个图中),然后根据有向线段(表示力)的长度变化判断各个力的变化情况。
典型例题【例题3】 如图所示,一小球放置在木板与竖直墙面之间。设墙面对球的压力大小为FN1,球对木板的压力大小为FN2。以木板与墙连接点为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦,在此过程中(　　)A.FN1始终减小,FN2始终增大B.FN1始终减小,FN2始终减小C.FN1先增大后减小,FN2始终减小D.FN1先增大后减小,FN2先减小后增大
答案:B解析:方法一:解析法。对球进行受力分析,如图甲所示,小球受重力G、墙面对球的压力FN1、木板对小球的支持力FN2'而处于平衡状态。
木板从图示位置缓慢地转到水平位置过程中,θ逐渐增大,tan θ逐渐增大,sin θ逐渐增大,故FN1始终减小,FN2'始终减小。球对木板的压力FN2与木板对小球的支持力FN2'是一对作用力与反作用力,大小相等,故FN2始终减小。选项B正确。
方法二:图解法。小球受重力G、墙面对球的压力FN1、木板对小球的支持力FN2'而处于平衡状态。此三力必构成一封闭三角形,如图乙所示。木板从图示位置缓慢地转到水平位置的过程中,α逐渐减小,据图可知FN1始终减小,FN2'始终减小。由于球对木板的压力FN2与FN2'是一对作用力与反作用力,大小相等,所以FN2始终减小。选项B正确。
图解法的适用情况:一般物体只受三个力作用,且其中一个力大小、方向均不变,另一个力的方向不变,第三个力大小、方向均变化。由图解可知,当大小、方向都可变的分力(设为F1)与方向不变、大小可变的分力垂直时,F1有最小值。
【变式训练3】 如图所示,电灯悬挂于两墙之间,改变水平绳OA方向,使A点向上移动而保持O点的位置不变,则A点向上移动时(　　)A.绳OA的拉力逐渐增大B.绳OA的拉力逐渐减小C.绳OA的拉力先增大后减小D.绳OA的拉力先减小后增大
答案:D解析:对O点受力分析,如图所示。通过作图可以看出,绳OA的拉力先减小后增大,故D正确。此题考查物体的动态平衡问题,意在提高学生应用数学知识解决复杂问题的能力,培养学生的综合分析能力,逐步形成科学思维。
1.(对平衡状态的理解)关于平衡状态,下列说法正确的是(　　)A.做自由落体运动的物体,在最高点时处于平衡状态B.将一小球竖直上抛,当小球到达最高点时,小球的速度为零,此时小球处于平衡状态C.木块放在斜面体的斜面上,随斜面体一起向右做匀速直线运动,木块处于平衡状态D.静止在匀加速运动的列车内的水平桌面上的杯子,处于平衡状态
答案:C解析:做自由落体运动的物体在最高点时,速度虽为零,但所受合力不为零,不是平衡状态,A错误;做竖直上抛运动的小球到达最高点时,速度虽为零,但所受合力不为零,不是平衡状态,B错误;木块与斜面体相对静止,整体做匀速直线运动,则木块处于平衡状态, C正确;列车、桌子与杯子整体做匀加速运动,杯子也具有加速度,不处于平衡状态,D错误。
2.(平衡条件的应用)一个物体受到三个共点力的作用,如果三个力的大小为如下各组情况,那么有可能使物体处于静止状态的是(　　)A.1 N　4 N　7 NB.2 N　6 N　9 NC.2 N　5 N　8 ND.6 N　8 N　6 N
答案:D解析:能否使物体处于静止状态,要看三个力的合力是否可能为零,方法看是两个较小力加起来是否大于或等于最大的那个力,如果是就可能。因为两个力的合力范围是|F1-F2|≤F≤F1+F2,若F3在此范围内,就可能与F平衡,故D正确。
3.(动态平衡问题)如图所示,一定质量的物体用两根轻绳悬在空中,其中绳OA固定不动,绳OB在竖直平面内由水平方向向上转动,则在绳OB由水平转至竖直的过程中,绳OB的拉力的大小将(　　)A.一直变大B.一直变小C.先变大后变小D.先变小后变大
答案:D解析:重力的作用效果分解在OA、OB两绳上,如图所示,F1是OA绳的拉力,F2是OB绳的拉力。由于OA方向不变,当OB向上转动,转到与OA绳方向垂直时,OB上的拉力最小,故OB上的拉力先变小后变大。
4.(静态平衡问题)右图是一质量为1 kg、横截面为直角三角形的物块ABC,∠ABC=30°,物块的BC边紧靠光滑竖直墙面,用一推力垂直作用在AB边上使物体处于静止状态,则推力F及物块受墙的弹力各为多大?(g取10 m/s2)