201X_202x学年高中物理第三章习题课共点力的平衡新人教版必修1

1、习题课:共点力的平衡,1,2,探究一,探究二,探究三,随堂检测,共点力作用下物体的平衡 情景导引 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(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(图)。从物理学的角度来看,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,3,探究一,探究二,探究三,随堂检测,要点提示如果物体受两个力作用而平衡,这两个力一定等大反向且作用在一条直线上,即合力为零。

2、如果物体受多个力而平衡,根据力的合成定则,我们可以把任意两个共点力用一个合力来等效代替,据此,三个以上的共点力最终都可以等效简化为两个共点力。可见,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=0,4,探究一,探究二,探究三,随堂检测,知识归纳,5,探究一,探究二,探究三,随堂检测,典例剖析 例1物体受共点力作用,下列说法正确的是() A.物体的速度等于零,物体就一定处于平衡状态 B.物体相对另一物体保持静止时,物体一定处于平衡状态 C.物体所受合力为零时,就一定处于平衡状态 D.物体做匀加速运动时,物体处于平

3、衡状态 解析处于平衡状态的物体,从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,物体所受合外力为零。速度为零的物体,受力不一定为零,故不一定处于平衡状态,选项A错;物体相对于另一物体静止时,该物体相对地面不一定静止,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,故选项B错;选项C符合平衡条件,为正确选项;物体做匀加速运动,所受合力不为零,故不是平衡状态,选项D错。 答案C,6,探究一,探究二,探究三,随堂检测,例2物体在F1=7 N、F2=10 N、F3=10 N这三个互成角度的共点力作用下处于平衡状态,求F1和F3合力的大小和方向。 解析因为三力平稳时三个力的合

4、力必为零,则F1和F3合力必定与F2的合力为零。因此F1和F3合力的大小等于10 N,方向与F2方向相反。 答案F1和F3合力的大小等于10 N,方向与F2方向相反,7,探究一,探究二,探究三,随堂检测,处理平衡问题常用的三种方法 情景导引 如图所示,重物的重力为G,轻绳AO与BO的A、B端是固定的,平衡时AO是水平的,BO与竖直方向的夹角为,能否用分解法和合成法两种方法求出AO的拉力FT1和BO的拉力FT2的大小,8,探究一,探究二,探究三,随堂检测,要点提示选取O点为研究对象,其受力如图甲所示,O点受到三个力的作用:重物对O的拉力大小为G,AO绳的拉力FT1,BO绳的拉力FT2。如图乙所示

5、,作出FT1和FT2的合力等于重力大小,在三角形中解出两绳拉力大小。如图丙所示,将重力沿两绳的方向分解,在三角形中解出两绳拉力大小,9,探究一,探究二,探究三,随堂检测,知识归纳 1.合成法:物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反,据此画出这两个力合成的平行四边形,利用几何知识求解力三角形。 2.分解法:物体受三个共点力的作用而平衡,将某一个力按其他两个力的作用线分解,则其分力和其他两个力分别等大、反向。 3.正交分解法:物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,将物体所受的力分解到相互垂直的x、y轴上,则x(或y)轴上各分力的合力为零,10,探究一,探究

6、二,探究三,随堂检测,典例剖析 例3在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小,其原理如图所示。仪器中一根轻质金属丝下悬挂着一个金属球,无风时,金属丝竖直下垂;当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏离竖直方向一定角度。风力越大,偏角越大。通过传感器,就可以根据偏角的大小测出风力的大小,求风力大小F跟金属球的质量m、偏角之间的关系,11,探究一,探究二,探究三,随堂检测,解析取金属球为研究对象,有风时,它受到三个力的作用:重力mg、水平方向的风力F和金属丝的拉力FT,如图所示。这三个力是共点力,在这三个共点力的作用下金属球处于平衡状态,则这三个力的合力为零,12,探究一,探究二,探究三,随堂检测

7、,方法一:(力的合成法)如图甲所示,风力F和拉力FT的合力与重力等大反向,由平行四边形定则可得F=mgtan 。 方法二:(力的分解法)重力有两个作用效果:使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧,所以可以将重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解,如图乙所示,由几何关系可得F=F=mgtan,13,探究一,探究二,探究三,随堂检测,方法三:(正交分解法)以金属球为坐标原点,取水平方向为x轴,竖直方向为y轴,建立坐标系,如图丙所示。 根据平衡条件有 Fx合=FTsin -F=0 Fy合=FTcos -mg=0 解得F=mgtan 。 答案F=mgtan,14,探究一,探究二,探究三,随堂检测,规律方法应

8、用平衡条件解题的一般步骤 (1)选取研究对象; 平衡问题中,研究对象常有三种情况:单个物体;多个物体组成的系统;绳与绳、绳和棒之间的结点; (2)对研究对象进行受力分析,并作出受力示意图; (3)选取合成法(23个力作用)、正交分解法(多个力作用),依据平衡条件列出力的平衡方程。 (4)求解方程,并对结果做必要的讨论,15,探究一,探究二,探究三,随堂检测,动态平衡问题 情景导引 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,地面对人的支持力和摩擦力如何变化? 要点提示人受重力、绳子的拉力及地面对人的支持力和摩擦力,当人缓慢向右移动时,绳子拉力的大小不变,但在水平方向的分力增大

9、,竖直方向的分力减小,故地面对人的支持力和摩擦力都变大,16,探究一,探究二,探究三,随堂检测,知识归纳 1.动态平衡:是指平衡问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变化,所以叫动态平衡,这是平衡问题中的一类难题。 2.基本思路:化“动”为“静”,“静”中求“动”。 3.基本方法:图解法、解析法和相似三角形法,17,探究一,探究二,探究三,随堂检测,典例剖析 例4如图所示,用AO、BO两根细线吊着一个重物P,AO与天花板的夹角保持不变,用手拉着BO线由水平逆时针的方向逐渐转向竖直向上的方向,在此过程中,BO和AO中张力的大小变化情况是() A.都逐渐变大 B.都逐渐变小 C.

10、BO中张力逐渐变大,AO中张力逐渐变小 D.BO中张力先变小后变大,AO中张力逐渐减小到零,18,探究一,探究二,探究三,随堂检测,解析取接点O为研究对象,进行受力分析 OA和OB绳子的拉力的合力总是与物体的重力相平衡,所以两个拉力的合力不变,随着OB绳子的转动,从三角形的边长变化可知BO中张力先变小后变大,AO中张力逐渐减小到零,D正确。 答案D,19,探究一,探究二,探究三,随堂检测,例5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。以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴,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()

11、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,20,探究一,探究二,探究三,随堂检测,答案B,21,探究一,探究二,探究三,随堂检测,规律方法处理动态平衡问题的一般步骤 (1)解析法 列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式。 根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况。 (2)图解法 适用情况 一般物体只受三个力作用,且其中一个力大小、方向均不变,另一个力的方向不变,第三个力大小、方向均变化,22,探究一,探究二,探究三,随堂检测,一般步骤 a.首先对物体进行受力分析,根据力平衡条件

12、,在同一图中画出力的平行四边形或三角形。 b.再由力的平行四边形或三角形的边长变化及角度变化确定某些力的大小、方向的变化情况。 注意:当大小、方向都可变的分力(设为F1)与方向不变、大小可变的分力垂直时,F1有最小值,23,探究一,探究二,探究三,随堂检测,1.如图所示,某工人正在修理草坪,推力F与水平方向成角,割草机沿水平方向做匀速直线运动,则割草机所受阻力的大小为(,解析割草机沿水平方向做匀速直线运动,四个力的合力为零,受力如图,则有Ff=Fcos 。 答案B,24,探究一,探究二,探究三,随堂检测,2.举重运动员在抓举比赛时,为了减小杠铃上升的高度和便于发力,抓握杠铃的两手间要有较大距离

13、,使两臂上举后两臂间成钝角,手臂伸直后所受作用力沿手臂方向,一质量为75 kg的运动员,在举起125 kg的杠铃时,两臂成120角,如图所示,则此时运动员的每只手臂对杠铃的作用力F及运动员对地面的压力FN的大小分别为(g取10 m/s2)() A.F=1 250 N,FN=2 000 N B.F=1 250 N,FN=3 250 N C.F=625 N,FN=2 000 N D.F=722 N,FN=2 194 N,25,探究一,探究二,探究三,随堂检测,解析分析杠铃受力如图所示,重力、人给的两个支持力,三个力的夹角均为120,杠铃处于静止状态,合力为零。两臂作用力大小相等,并等于杠铃重力G,所以F1=F2=1 250 N。把杠铃和人看作整体,整体受重力、地面的支持力,且两力大小相等,FN