高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 共点力的平衡课文ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 共点力的平衡课文ppt课件，共54页。PPT课件主要包含了目标体系构建，思维脉络，课前预习反馈，知识点1，平衡状态，匀速直线运动，合力为零，知识点2，共点力平衡的条件，××√等内容，欢迎下载使用。

【学习目标】1．在二力平衡的基础上，经过科学推理，得出共点力平衡的条件，即所受合力为0。2．会用共点力平衡的条件，分析生产和生活中的实际问题，体会物理学知识的实际应用价值。3．能用图解法、解析法解决动态平衡问题。
物体受到几个力作用时，如果保持________或________________状态，我们就说这个物体处于____________。注意：物理中的“缓慢运动”可视为速度很小，接近于0，从而把“缓慢运动”作为平衡状态来处理。
在共点力作用下物体平衡的条件是____________。
『判一判』(1)处于平衡状态的物体一定处于静止状态。(　　)(2)运动的物体合力不会为0。(　　)(3)物体受两个力作用处于平衡状态，这两个力的合力一定为0。(　　)
(4)速度为0的物体一定处于平衡状态。(　　)(5)“复兴”号列车在平直铁路上以350 km/h高速行驶时处于平衡状态。(　　)(6)合力保持恒定的物体处于平衡状态。(　　)
解析：对O点受力分析并由平衡条件可知，OP绳的拉力等于OA绳与OB绳的拉力的合力，由于OA绳与OB绳的大小相等，夹角为120°，由平行四边形定则可知，两力的合力为F，即OP绳的拉力为F，故A正确。
『想一想』孔明灯相传是由三国时的诸葛孔明发明的。如图所示，有一盏质量为m的孔明灯升空后向着东北偏上方向沿直线匀速上升，则此时孔明灯处于平衡状态吗？你能求出此时孔明灯所受空气作用力的大小和方向吗？
解析：孔明灯升空后向着东北偏上方向匀速直线运动，合力为零，处于平衡状态；只受重力和空气的作用力，根据平衡条件得到空气的作用力的大小为mg，方向竖直向上。
我们处在一个异彩纷呈的世界里，世界上的物体可谓千姿百态。远古的巨石千百年来一直神奇地矗立着(如图)。都市里的人，却自有动中取静的办法，到了大商场里，你只要站着不动，自动扶梯就会安稳匀速地送你上楼下楼(如图)。从物理学角度来看，如果一个物体保持静止或做匀速直线运动，我们就说这个物体是处于平衡状态。因此，巨石、匀速电梯上站立的人都是处于平衡状态，那么，保持物体平衡需要什么条件呢？
共点力作用下物体的平衡
提示：三个以上共点力的平衡，最终也都可以简化为二力平衡。根据二力平衡条件，我们就可以得出在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零，即F合＝0。
3．解题方法(1)合成法：对于三个共点力的平衡，一般根据“任意两个力的合力与第三个力等大、反向”的关系，结合三角函数、相似三角形等知识求解。(2)分解法：对于三个共点力的平衡，也可将某一个力分解到另外两个力的反方向上，得到的这两个分力必定与另外两个力等大、反向。
(3)正交分解法：物体受多个共点力的作用处于平衡状态时，可以建立适当的坐标系，利用正交分解法求出x轴和y轴方向上的合力，应用Fx合＝0，Fy合＝0列式求解。(4)三角形法：当三个共点力平衡时，三个力可以构成首尾相连的矢量三角形，这种方法一般用来讨论动态平衡问题较为方便。
　　　　　沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在A点(如图)，足球的质量为m，网兜的质量不计，足球与墙壁的接触点为B，悬绳与墙壁的夹角为α，求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力。
思路引导：足球处于三力平衡状态，可以应用分解法、合成法或正交分解法等方法求解。
解析：取足球作为研究对象，它共受到三个力的作用。重力G＝mg，方向竖直向下；墙壁的支持力F1，方向水平向右；悬绳的拉力F2，方向沿绳的方向。这三个力一定是共点力，重力的作用点在球心O点，支持力F1沿球的半径方向。G和F1的作用线必交于球心O点，则F2的作用线必过O点。既然是三力平衡，可以根据任意两力的合力与第三力等大、反向求解，可以据力三角形求解，也可用正交分解法求解。
解法1　用合成法取足球作为研究对象，它受重力G＝mg、墙壁的支持力F1和悬绳的拉力F2三个共点力作用而平衡，由共点力平衡的条件可知，F1和F2的合力F与G大小相等、方向相反，即F＝G，从图中力的平行四边形可求得：F1＝Ftan α＝mgtan αF2＝F/cs α＝mg/cs α
解法2　用分解法取足球为研究对象，其受重力G、墙壁支持力F1、悬绳的拉力F2，如图所示。将重力G分解为F1′和F2′，由共点力平衡条件可知，F1与F1′的合力必为零，F2与F2′的合力也必为零，所以F1＝F1′＝mgtan αF2＝F2′＝mg/cs α
解法4　用正交分解法求解取足球作为研究对象，受三个力作用，重力G、墙壁的支持力F1、悬绳拉力F2，如图所示，取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，将F2分别沿x轴和y轴方向进行分解。由平衡条件可知，在x轴和y轴方向上的合力Fx合和Fy合应分别等于零。即Fx合＝F1－F2sin α＝0①Fy合＝F2cs α－G＝0②由②式解得：F2＝G/cs α＝mg/cs α代入①式得F1＝F2sin α＝mgtan α答案：mg/cs α；mgtan α
点评：比较各种解法的优缺点，分析一下解决此类问题的方法步骤。思维升华：分析平衡问题的基本思路(1)明确平衡状态(合力为零)。(2)巧选研究对象。(3)受力分析(画出规范的受力分析图)。(4)列平衡方程(灵活运用力的合成法、效果分解法、正交分解法、矢量三角形法及数学解析法)。(5)求解或讨论(解的结果及物理意义)。
1．(2021·广州市天河中学高一开学考试)如图所示，一物块置于水平地面上，当用与水平方向成53°角的力F1拉物块时，物块做匀速直线运动；改用与水平方向成37°角的力F2推物块时，物块仍做匀速直线运动。若F1和F2的大小相等，
如图所示，人通过跨过定滑轮的轻绳牵引一物体，人向右缓慢移动时，思考：(1)如何理解题干中“缓慢”的意思？(2)人所受力的合力如何变化？提示：(1)动态平衡。(2)合力时刻为零。
1．动态平衡(1)所谓动态平衡问题，是指通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢变化，而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态，常利用图解法解决此类问题。(2)基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”。
2．分析动态平衡问题的方法
　　　　　(2021·常州市北郊高级中学高一开学考试)用绳AO、BO悬挂一个重物，BO水平，O为半圆形支架的圆心，悬点A和B在支架上。悬点A固定不动，将悬点B从图示位置逐渐移动到C点的过程中，分析绳OA和绳OB上的拉力的大小变化情况(　　)A．绳OA的拉力不变 绳OB的拉力减小B．绳OA的拉力逐渐减小 绳OB的拉力先减小后增大C．绳OA的拉力不变 绳OB的拉力先减小后增大D．绳OA的拉力逐渐减小 绳OB的拉力增大思路引导：理解缓慢的含义；用图解法分析。
解析：将AO绳、BO绳的拉力合成，其合力与重力等大反向，逐渐改变OB绳拉力的方向，使FB与竖直方向的夹角变小，得到多个平行四边形，如图所示，由图可知FA逐渐减小，且方向不变，而FB先减小后增大，且方向不断改变，当FB与FA垂直时，FB最小。故选B。
 思维升华：图解法分析三力动态平衡问题的思路：(1)确定研究对象，作出受力分析图。(2)明确三力的特点，哪个力不变，哪个力变化。(3)将三力的示意图首尾连接，构造出矢量三角形；或将某力根据其效果进行分解，画出平行四边形。(4)根据已知量的变化情况，确定有向线段(表示力)的长度变化，从而判断各个力的变化情况。
2．(2021·北京昌平区高一期末)如图所示，用两个弹簧测力计共同拉动小圆环至O点。此时，拴在小圆环上的两根细绳间的夹角为α(α＜90°)。保持F2的方向不变，改变两根细绳夹角的大小，使小圆环仍位于O点，则(　　)A．减小夹角，F1变小　　B．减小夹角，F1变大C．增大夹角，F1变小 D．增大夹角，F1变大
解析：受力分析如图减小夹角，则图中F1由实线变为虚线，F1变大；增大夹角，则图中F1由虚线变为实线，F1先变小后变大。故选B。
3．(多选)(2021·天水市第一中学高一开学考试)如图所示为一简易起重装置，AC是上端带有滑轮的固定支架，BC为质量不计的轻杆，杆的一端C用铰链固定在支架上，另一端B悬挂一个质量为m的重物，并用钢丝绳跨过滑轮A连接在卷扬机上。开始时，杆BC与AC的夹角∠BCA>90°，现使∠BCA缓缓变小，直到∠BCA＝30°。在此过程中，杆BC对B点的作用力(不计一切阻力)(　 　)A．杆BC对B点的作用力大小不变B．绳上的拉力逐渐减小C．杆BC对B点的作用力先减小后增大D．绳上的拉力逐渐增大
利用辅助圆法解决动态平衡问题　　　　如图所示，置于地面的矩形框架中用两细绳拴住质量为m的小球，绳B水平。设绳A、B对小球的拉力大小分别为FA、FB，它们的合力大小为F。现将框架在竖直平面内绕左下端缓慢旋转90°，在此过程中(　　)A．FA先增大后减小　　B．FB先增大后减小C．F先增大后减小 D．F先减小后增大
1．(2021·三亚华侨学校高一开学考试)下列所述的各种运动的物体中，处于平衡状态的是(　　)A．从空中自由下落的纸片B．从粗糙斜面上匀速下滑的物体C．在狂风中摇晃的树枝D．正在减速行驶的汽车
解析：从空中自由下落的纸片，受到重力和阻力作用，受力不平衡，不是平衡状态，故A错误；粗糙斜面上匀速下滑的物体，加速度为零，合力为零，是平衡状态，故B正确；在狂风中摇晃的树，所受合力不为零，不是平衡状态，故C错误；正在减速行驶的汽车，有加速度，合力不为零，不是平衡状态，故D错误。
2．(2021·浙江高一月考)如图所示，一架无人机执行航拍任务时正沿直线朝斜向下方匀速运动，用G表示无人机重力，F表示空气对它的作用力，下列四幅图中能表示此过程中无人机受力情况的是(　　)
 解析：无人机做匀速运动，故应受到的合力为零，则无人机受竖直向下的重力和竖直向上的F，故选C。
3．(2021·山东青岛市高一月考)“奇迹石”位于挪威谢拉格山的山顶之上，在两个悬崖M、N之间夹着一块大约5立方米的大石头P，这块石头奇迹般的卡在两个竖直绝壁间，所以被叫作“奇迹石”。关于石头P的受力，下列说法正确的是(　　)A．M、N对P没有摩擦力B．M、N对P没有弹力C．P受到的摩擦力与P的重力大小相等D．P受到的摩擦力大于P的重力
解析：M、N对P有竖直向上的摩擦力，故A错误；因为M、N对P有摩擦力，所以M、N对P一定有弹力，故B错误；P在竖直方向平衡，P受到的摩擦力与P的重力是一对平衡力，大小相等，故C正确，D错误。
5．(2021·福建三明市高一期末)如图所示系有细绳的小球静止于光滑半球面上的A点，细绳OA与球面相切于A点，现保持小球位置不动，让悬挂点O沿竖直墙壁缓慢上移过程中，设半球面对小球的支持力为N，细绳对小球的拉力为T，则(　　)A．N保持不变，T逐渐增大B．N逐渐减小，T逐渐增大C．N先减小后增大，T先减小后增大D．N先增大后减小，T先减小后增大