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    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

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    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
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