物理必修 第一册5 共点力的平衡一等奖备课教学课件ppt

这是一份物理必修 第一册5 共点力的平衡一等奖备课教学课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了平衡状态，PART01，PART02，PART03，总结提升，PART04等内容，欢迎下载使用。

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
二力平衡时两个力: 大小相等，方向相反
平衡状态:物体处于静止或者匀速直线运动的状态。
当物体受到多个力作用平衡时，它们的受力有何特点?
合力等于零,即F合＝0
平衡状态的运动学特征：v=0 或v不变，即：a=0
注意：保持静止和瞬时速度为0意义不同
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
具体问题该如何处理呢？
共点力平衡实例分析与方法探究
【例题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。
2.对研究对象进行受力分析；
3.根据共点力的平衡条件列方程；
5.讨论解的合理性和实际意义。
【例题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：
正交分解法：如图，以O为原点建立直角坐标系。F2方向为x轴正方向，向上为y轴正方向。F1在两坐标轴方向的分矢量分别为F1x 和F1y 。因x、y两方向的合力都等于0，可列方程：F2 － F1x ＝0F1y － F3 ＝0即 F2 － F1sinθ＝0 （1） F1csθ－G ＝0 （2）由（1）（2）式解得 F1＝G/csθ，F2＝Gtanθ。即绳AO和绳BO所受的拉力大小分别为Gcsθ和G tanθ。
【例题3】如图示，BO为一轻杆，AO和CO为两段细绳，重物质量为m，在图示状态静止，求AO绳的张力．
受力特点：三个力互相不垂直，且夹角（方向）已知。
受力特点：三个力互相不垂直，且夹角（方向）未知。
【例题4】如图，半径为R的光滑半球的正上方，离球面顶端距离为h的O点，用一根长为l的细线悬挂质量为m的小球，小球靠在半球面上．试求小球对球面压力的大小．
相似三角形法：力的三角形与空间三角形相似
【例题4】城市中的路灯、无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。图为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可忽略。如果悬挂物的重量是G，角AOB 等于θ ，钢索AO对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各是多大？
O点受力如图，对O点由共点力平衡条件，
(1)“活结”：一般是由轻绳跨过光滑滑轮或者绳上挂一光滑挂钩而形成的。绳子虽然因“活结”而弯曲，但实际上是同一根绳，所以由“活结”分开的两段绳子上弹力的大小一定相等，两段绳子合力的方向一定沿这两段绳子夹角的角平分线。
(2)“死结”：两侧的绳因结而变成了两根独立的绳，因此由“死结”分开的两段绳子上的弹力不一定相等。
动态平衡的问题模型与解题方法
动态平衡问题是指通过控制某些物理量的变化，使物体的状态发生缓慢改变，“缓慢”指物体的速度很小，可认为速度为零，所以在变化程中可认为物体处于平衡状态，把物体的这种状态称为动态平衡态。
【例题5】如果悬绳AO与竖直方向的夹角θ 减小，BO仍保持水平，重物仍然静止悬挂，悬绳AO和水平绳BO 所受的拉力将分别如何变化？
θ 减小，csθ 增大，tanθ 减小
解析法应用一般步骤：（1）选某一状态对物体进行受力分析；（2）将其中两力合成，合力与第三个力等大反向；（3）列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式；（4）根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况。
解析法适用于有特殊三角形的时候（直角始终存在）。
是否可以用其他方法解决问题？
夹角θ 减小，悬绳AO和水平绳BO 所受的拉力都减小。
图解法适用于三力动态平衡：一力大小方向均不变、一力方向不变、一力大小方向都变。
【例题6】如图所示，质量均可忽略的轻绳与轻杆承受弹力的最大值一定，杆的A端用铰链固定，光滑轻小滑轮在A点正上方，B端吊一重物，现将绳的一端拴在杆的B端，用拉力F将B端缓慢上拉，在AB杆达到竖直前(均未断)，关于绳子的拉力F和杆受的弹力N的变化，判断正确的是(　　)A．F变大 B．F变小 C．N变大 D．N变小
∆TNB ∽ ∆OBA
相似三角形法:物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，根据合力为零，把三个力画在一个三角形中，看力的三角形与哪个三角形相似，找到力的三角形与空间三角形相似后，根据相似三角形的对应边成比例，列方程求解.
相似三角形法适用于：有一恒力，另外两个力大小、方向都变。
【例题7】如图所示，装置中两根细绳拴住一球,保持两细绳间的夹角θ=120°不变,若把整个装置顺时针缓慢转过90°,则在转动过程中,CA绳的拉力FT1,CB绳的拉力FT2的大小变化情况是（ ）A.FT1先变小后变大B.FT1先变大后变小C.FT2先变小后变大D.FT2一直变小，且最终变为零
整个装置顺时针转过一个角度后,小球受力如图所示,设AC绳与竖直方向夹角为α,则由平衡条件,有FT1csα+FT2cs(θ-α)-mg=0FT1sinα-FT2sin(θ-α)=0联立解得
α从90°逐渐减小为0°,则由上式可知FT1先变大后变小;FT2一直变小,当α=0°时,FT2=0。
整个装置顺时针缓慢转动90°的过程中θ角和mg保持不变,β角从90°减小到0,α角从30°增大到120°,易知FT1先变大后变小;FT2一直变小,当β=0°时,由图易知FT2=0。
如图,力的三角形的外接圆正好是以初态时的FT2为直径的圆,FT1先变大到最大为圆周直径,然后变小,FT2一直变小,直到零。
辅助圆法：适用于物体受三个力处于动态平衡时，其中一个力大小、方向均确定,另两个力大小、方向均不确定,但是这两个力的方向夹角保持不变。
【练习1】（2022·甘肃白银·高一期末）如图所示，一只松鼠在倾斜的直树枝上，从底端缓慢向上运动的过程中，忽略树枝的形变，则下列说法正确的是（　　）A．树枝对松鼠的作用力不变B．树枝对松鼠的摩擦力变大C．树枝对松鼠的支持力变大D．树枝对松鼠的支持力方向竖直向上
【练习2】如图所示，一根金属直杆AB放置在水平固定的光滑半球形碗内，稳定时直杆与水平方向的夹角 。直杆在A点处受到碗的作用力大小为NA，在B点处受到碗的作用力大小为NB，则NA:NB为（　　）A． B．2∶3C．1 ∶1 D．
【练习3】如图所示，某钢制工件上开有一个楔型凹槽，凹槽的截面是一个直角三角形，三个角的度数分别是 ， ， ，在凹槽中放有一个光滑的金属球，当金属球静止时，金属球对凹槽的AB边的压力为F1、对BC边的压力为F2，则 的值为（　　）A． B．C． D．
【练习4】（2022·山西·康杰中学高三阶段练习）如图所示，一倾角为45°的斜面放置于粗糙的水平地面上，斜面上固定一个内侧光滑的圆环，圆环和斜面相切。将一小物块放置于圆环内侧切点位置，对小物块施加沿圆环切线方向的拉力F，使小物块缓慢沿圆环内侧向上运动，直至拉力F竖直，整个过程斜面体静止不动，则下列说法正确的是（　　）A．拉力F先增大后减小B．圆环对物块的支持力一直减小C．地面对斜面体的摩擦力先增大后减小D．地面对斜面体的支持力先增大后减小
【练习5】（2021·湖南·永顺县第一中学模拟预测）（多选）如图所示，物块A放在直角三角形斜面体B上面，B放在弹簧上面并紧挨着竖直墙壁，初始时A、B静止，现用力F沿斜面向上推A，但A、B仍未动，则施力F后，下列说法不正确的是（　　）A．A、B之间的摩擦力一定变大B．B与墙面间的弹力可能不变C．B与墙之间可能没有摩擦力D．弹簧弹力一定不变
【练习6】（多选）某班物理兴趣小组在研究三力作用下的平衡问题时，设计了如图所示的简单而常见的情景模型：将一可视为质点的质量为m的小球用轻质柔软的细线悬挂于天花板上的O点，在外力F、细线拉力FT和重力mg的作用下处于平衡状态。细线与竖直方向的夹角为θ，与F的夹角为α，开始时F水平。小组成员经过讨论形成了如下结论，你认为正确的是（　　）A．保持θ角及小球位置不变，逐渐缓慢减小α角直至F竖直向上，则F、FT都逐渐减小B．保持α角不变，逐渐缓慢增大θ角，直至悬线水平，则FT逐渐减小，F逐渐增大C．保持F水平，逐渐缓慢增大θ角，则F、FT都逐渐增大D．只增加细线的长度，其他条件不变，F、FT都减小
【练习7】重为500N的人通过滑轮的轻绳牵引重200N的物体，当绳与水平成60°角时，物体静止，不计滑轮与绳子的摩擦，求地面对人的支持力和摩擦力。
让尽可能多的让力落在x、y轴上。