高中物理 第4章 力與平衡 第3-4節(jié) 力的平衡、平衡條件的應(yīng)用課件 魯科版必修1.ppt

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第3節(jié)力的平衡第4節(jié)平衡條件的應(yīng)用 填一填 練一練 一 共點力作用下物體的平衡條件 見課本第89 90頁 1 平衡狀態(tài) 如果一個物體保持靜止或做勻速直線運動 則這個物體就處于平衡狀態(tài) 2 共點力作用下的物體平衡條件 物體所受的合力為零 即F合 0 3 力的平衡 作用在物體上的幾個力的合力為零 這種情況叫做力的平衡 填一填 練一練 二 平衡的種類和穩(wěn)度 見課本第91 92頁 1 平衡的種類 1 A位置的平衡是不穩(wěn)定平衡 2 B位置的平衡是穩(wěn)定平衡 3 C位置的平衡是隨遇平衡 2 穩(wěn)度及影響穩(wěn)度的因素 1 穩(wěn)度 物體的穩(wěn)定程度 2 影響因素 a 重心的高度 重心越低 穩(wěn)度越大 b 支持面的大小 支持面越大 穩(wěn)度越大 填一填 練一練 三 平衡條件的應(yīng)用 見課本第94 95頁 1 物體的靜態(tài)平衡 物體所受力的合力為零 處于靜止的平衡狀態(tài) 2 物體在某方向的平衡 運動的物體在某一方向上合力為零時 在該方向上處于平衡狀態(tài) 填一填 練一練 豎直風(fēng)洞 噴出豎直向上的氣流能將體驗者懸空 托起 假定某段時間體驗者恰好在空中靜止 則下述各對力中屬于平衡力的是 A 人受到的重力和氣流對人向上的力B 地球?qū)θ说奈腿藢Φ厍虻奈 人受到的重力和人對氣流向下的力D 人對氣流向下的力和氣流對人向上的力解析 人處于靜止?fàn)顟B(tài) 受到重力和氣流對人向上的力 二力是一對平衡力 故選A 答案 A 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 對平衡狀態(tài)和平衡條件的理解列車?？吭诩渍?某時刻起沿水平直線軌道從甲站駛往乙站 列車經(jīng)歷了啟動加速過程 以一定的速度平穩(wěn)行駛 再減速進站 最后停在乙站 全過程中哪些階段列車是處于平衡狀態(tài)的 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 1 物體的平衡狀態(tài) 1 平衡狀態(tài) 一個物體在共點力作用下保持靜止或勻速直線運動狀態(tài) 則這個物體就處于平衡狀態(tài) 如光滑水平面上勻速滑動的物塊 沿斜面勻速下滑的木箱 天花板上懸掛的吊燈等 這些物體都處于平衡狀態(tài) 2 平衡狀態(tài)與力的平衡 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 2 物體的平衡條件 1 共點力的平衡條件如果共點力的合力為零 則在兩個相互垂直的方向上的合力也必然為零 即Fx合 0 Fy合 0 2 平衡條件的四個推論 二力平衡條件 這兩個共點力大小相等 方向相反 三個力平衡條件 三個共點力平衡時 其中任意兩個力的合力一定與第三個力大小相等 方向相反 而且在同一條直線上 物體在n個共點力同時作用下處于平衡狀態(tài)時 這些力在任何一個方向上的合力均為零 其中任意 n 1 個力的合力必定與第n個力等值反向 作用在同一直線上 物體在多個共點力作用下處于平衡狀態(tài)時 各力首尾相接必構(gòu)成一個封閉的多邊形 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 例題1 導(dǎo)學(xué)號93960069某物體受到共點力的作用 下列說法中正確的是 A 該物體的速度在某一時刻等于零時 一定處于平衡狀態(tài)B 該物體相對另一物體保持靜止時 一定處于平衡狀態(tài)C 該物體所受合力為零時 就一定處于平衡狀態(tài)D 該物體處于平衡狀態(tài)時 所受共點力的個數(shù)一定是偶數(shù)解析 處于平衡狀態(tài)的物體 從運動形式上看 是處于靜止或保持勻速直線運動的狀態(tài) 從受力上看 物體所受合力為零 某一時刻速度為零的物體 受力不一定為零 故不一定處于平衡狀態(tài) 選項A錯誤 物體相對于另一物體靜止時 該物體不一定處于平衡狀態(tài) 如當(dāng)另一物體做變速運動時 該物體也做相同的變速運動 此物體處于非平衡狀態(tài) 故選項B錯誤 選項C正確 物體處于平衡狀態(tài)時 指各個方向上的合力為零 與所受力的個數(shù)無關(guān) 選項D錯誤 答案 C 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練1五個共點力在同一平面內(nèi)作用于物體上 恰好使物體處于平衡狀態(tài) 以下說法不正確的是 A 其中任意四個力的合力一定與第五個力等大 反向B 其中任意三個力的合力一定與其他兩個力的合力等大 反向C 這五個力經(jīng)平移一定能構(gòu)成首尾相連的封閉五邊形D 若去掉其中兩個力 剩下的三個力一定不能使物體平衡解析 根據(jù)平衡條件知五個力的合力為零 選項A B C中結(jié)論是正確的 對于選項D 如果去掉的是一對平衡力 則其余三個力仍可以使物體平衡 所以選項D的說法不正確 應(yīng)選D 答案 D 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 平衡條件的應(yīng)用如圖所示 一名騎獨輪車的雜技演員在空中鋼索上表演 讓人瞠目結(jié)舌 驚嘆不已 試分析演員手中拿和不拿曲桿 穩(wěn)度有變化嗎 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 求解共點力平衡問題的一般步驟1 選取研究對象 2 對所選取的研究對象進行受力分析 并畫出受力圖 3 對研究對象所受的力進行處理 一般情況下需要建立合適的直角坐標(biāo)系 對各力按坐標(biāo)軸進行正交分解 4 建立平衡方程 若幾個力作用在同一直線上 可直接用F合 0列方程 若幾個力不在同一直線上 可用Fx合 0和Fy合 0列出方程組 5 對方程 組 求解 必要時對解進行討論 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 例題2 導(dǎo)學(xué)號93960070 多選 如圖 a 所示 重物的質(zhì)量為m 輕細繩AO和BO的A端 B端是固定的 平衡時AO是水平的 BO與水平方向的夾角為 重力加速度為g AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小分別是 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 解析 方法一 合成法 由平行四邊形定則 作出F1 F2的合力F12 如圖 b 所示 又考慮到F12 mg 解直角三角形得F1 mgcot F2 方法二 分解法 用效果分解法求解 F2共產(chǎn)生兩個效果 一個拉著水平方向的繩子AO 另一個拉著豎直方向的繩子 如圖 c 所示 將F2分解在這兩個方向上 結(jié)合力的平衡知識得F1 F2 mgcot 顯然 也可以按mg 或F1 產(chǎn)生的效果分解mg 或F1 來求解此題 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 方法三 正交分解法 將O點受的力沿水平方向 豎直方向正交分解 如圖 a 所示 由力的平衡條件得F2cos F1 0 F2sin mg 0 解得F2 F1 mgcot 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 方法四 矢量三角形法 結(jié)點O受到mg F1和F2的作用處于平衡狀態(tài) 畫出受力分析圖 如圖 b 所示 再將三個力的矢量平移到一個三角形中 三力構(gòu)成首尾相接的封閉的三角形 如圖 c 所示 則由直角三角形知識可知F1 mgcot F2 答案 BD 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 變式訓(xùn)練2如圖所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O為球心 一質(zhì)量為m的小滑塊 在水平力F的作用下靜止于P點 設(shè)滑塊所受支持力為N OP與水平方向的夾角為 下列關(guān)系正確的是 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 解析 小滑塊受力分析如圖所示 根據(jù)平衡條件得答案 A 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 物體在某方向的平衡如圖所示 河道內(nèi)有一艘小船 有人用100N的力F1與河道成30 拉船 現(xiàn)要使船始終沿河道前進 則至少需加多大的力才行 這個力的方向如何 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 1 做勻速直線運動的物體 其所受的一切外力在任意方向上的合力均為零 則物體在任意方向均處于平衡狀態(tài) 2 做變速直線運動的物體 物體所受的一切外力在垂直運動方向上分力的矢量和為零 則物體在垂直運動方向上處于平衡狀態(tài) 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 例題3 導(dǎo)學(xué)號93960071如圖所示 物體靜止于光滑水平面M上 俯視圖 水平恒力F1作用于物體 現(xiàn)要使物體沿著OO 方向做直線運動 F1和OO 都在M平面內(nèi) 那么必須同時再加一個力F2 則F2的最小值是 A F1cos B F1sin C F1tan D F1cot 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 解析 由于物體沿OO 方向做直線運動 則物體受到的合力F沿OO 方向 而垂直O(jiān)O 方向上合外力為零 也就是F2用來平衡F1在垂直直線OO 方向上的分力 如圖 由三角形定則知 當(dāng)F2方向垂直O(jiān)O 時 F2有最小值 為F2 F1sin 答案 B 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 變式訓(xùn)練3如圖所示 在傾角為30 的斜面上有一重10N的物塊 被平行于斜面大小為8N的恒力F推著沿斜面勻速上行 在推力F突然撤去的瞬間 物塊受到的合力大小為 A 2NB 3NC 5ND 8N解析 由平衡條件可得沿斜面方向F mgsin30 f垂直于斜面方向N mgcos30 當(dāng)F突然撤去的瞬間 物塊受到的合力大小為mgsin30 f 8N 答案 D 探究一 探究二 探究三 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 12345 1 多選 下列物體中處于平衡狀態(tài)的是 A 靜止在粗糙斜面上的物體B 沿光滑斜面下滑的物體C 在平直路面上勻速行駛的汽車D 做自由落體運動的物體在剛開始下落的瞬間解析 在共點力的作用下 物體如果處于平衡狀態(tài) 則該物體必須同時具有以下兩個特點 從運動狀態(tài)來說 物體保持靜止或者勻速直線運動 加速度為零 從受力情況來說 合力為零 物體在某一時刻的速度為零 并不等同這個物體保持靜止 如果物體所受的合外力不為零 它的運動狀態(tài)就要發(fā)生變化 在下一個瞬間就不能靜止了 所以物體是否處于平衡狀態(tài)要由物體所受的合外力和加速度判斷 而不能認為物體某一時刻速度為零 就是處于平衡狀態(tài) 本題的正確選項應(yīng)為A C 答案 AC 12345 2 在同一平面內(nèi)的4個力作用在一個物體上 其合力為零 現(xiàn)在將其中的一個力F1在該平面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)過60 其余的力均不變 則此時物體受到的合力大小為 A F1B F1C 2F1D 2F1解析 4個力的合力為零 則有F2 F3 F4的合力F 與F1等大反向 當(dāng)將F1在該平面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)過60 時 F1與F 成120 角 其合力大小等于F1 答案 A 12345 3 在日本東京舉行的第43屆世界體操錦標(biāo)賽上 我國選手陳一冰勇奪吊環(huán)冠軍 成就世錦賽四冠王 比賽中他先雙手撐住吊環(huán) 然后身體下移 雙臂緩慢張開靜止于圖示位置 此時連接吊環(huán)的繩索與豎直方向的夾角為 已知他的體重為G 吊環(huán)和繩索的重力不計 則每條繩索的張力為 12345 解析 取運動員為研究對象 他受到重力和繩索的拉力 三個力為共點力 繩索與豎直方向的夾角為 在豎直方向上由平衡條件得G 2Fcos 所以 故選項A正確 答案 A 12345 4 如圖所示 質(zhì)量為m的兩個球A B固定在橫桿的兩端 將其放入光滑的半圓形碗中 桿的長度等于碗的半徑 當(dāng)桿與碗的豎直半徑垂直時 兩球剛好能平衡 則桿的作用力為 12345 解析 對B 也可以是A 受力分析如圖所示 FAB mgtan30 mg 選項A正確 選項B C D錯誤 答案 A 12345 5 選做題 如圖所示 一個與豎直方向間夾角 30 的斜向推力F能使一塊重G 100N的物體貼著光滑的豎直墻面勻速上行 則推力F大小為多大 此時墻受到的壓力N大小為多大 12345 解析 以A為研究對象 受力如圖所示 建立直角坐標(biāo)系 由平衡條件知 N Fsin30 Fcos30 G 聯(lián)立得F 115 5N N 57 7N 由牛頓第三定律知墻受到的壓力大小是N N 57 7N 答案 115 5N57 7N