人教版 (2019)必修 第一册5 共点力的平衡备课ppt课件

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下面四种情况的物体的受力有何特点？
思考：以上四种情况中物体均处于什么状态？
几个力的作用线交于一点
物体处于静止或者匀速直线运动的状态。
想一想，受共点力作用的物体，什么条件下才能保持平衡呢？
思考讨论1：在两个共点力作用下的物体，保持平衡的条件是什么？
作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，这两个力平衡。
二力平衡时物体所受的合力为0。
思考讨论2：在三个共点力作用下的物体，保持平衡的条件是什么？
任意两个力的合力与第三个力的大小和方向关系： 大小相等方向相反，在同一条直线上
思考讨论3：N个共点力的平衡条件是什么？
我们可以逐步通过力的合成，最终等效为两个力的作用，如果这两个力的合力等于0，则意味着所有力的合力等于0，物体将处于平衡状态.
共点力合力为0的具体表达形式
三个力首尾相接构成一个闭合三角形
任意两个力的合力和第三个力是一对平衡力
共点力平衡问题的常见处理方法:
【思考1】某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？
解得 tanθ =μ
可得：h=μ·AC=0.4×6m=2.4m
以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图：
沿平行和垂直于斜面两个方向建立直角坐标系，把重力G沿两个坐标轴方向分解为F1和F2。三力平衡转化为四力平衡。
以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图所示，
支持力和摩擦力的合力与重力等值反向
合成法：把物体所受的力合成为两个力，则这两个力大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。
正交分解法：把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为0。
【思考2】如图悬吊重物的细绳，其 O 点被一水平绳BO牵引，使悬绳AO段和竖直方向成θ角。若悬吊物所受的重力为G，则悬绳AO和水平绳BO所受的拉力各等于多少？
对于三力平衡问题，可以选择任意的两个力进行合成。对甲：
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，人所受力的合力如何变化?
物体在力的作用下处于匀速直线运动或发生缓慢的变化，这个过程我们称之为动态平衡
2、分析方法：①解析法：建立平衡方程，求出函数式②图解法：进行受力分析，再根据平行四边形定则画出力的矢量图，然后根据力的变化判断各个力的变化情况
化“动”为“静”,“静”中求“动”
3.处理动态平衡问题的一般方法。
【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:此题考查对平衡状态的辨析能力,意在增强物理观念。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。
【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。
答案:A解析:解法一:效果分解法。根据二力平衡,可知竖直绳的拉力F=mg,把拉力F分解为FAC和FBC,如图甲所示,由三角函数有
解法二:合成法。C点受三个力,如图乙所示,FAC和FBC的合力F'与F=mg等大反向,
解法三:正交分解法。如图丙所示,将C点受力沿水平、竖直方向分解,则水平方向:FACsin 30°=FBCsin 60°竖直方向:FACcs 30°+FBCcs 60°=F又F=mg
【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
解法二:合成法。以小球m1为研究对象,受力分析如图所示,小球m1受到重力m1g、碗对小球的支持力FN和细线的拉力FT三力作用而处于平衡状态。则FN与FT的合力F=m1g,根据几何关系可知
【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。
【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。