【同步导学】高中物理课件 4.3共点力的平衡及其应用课件 沪科必修1

4．3共点力的平衡及其应用1．平衡状态：物体处于______和______________，

我们说物体处于平衡状态．2．在共点力作用下处于平衡状态的物体所受的合

外力______，即：__________.3．三力平衡的条件：任意两个力的合力与第三个

力大小______，方向______，作用在___________．4．多力平衡条件：物体受到几个共点力的作用而

平衡时，其中的任意一个力必定与余下的其他力的

合力______．静止匀速直线运动为零F合＝0相等相反一条直线上平衡5．解共点力平衡问题的基本思路(1)对研究对象进行受力分析，作出受力图．(2)物体在三个力作用下处于平衡状态时，常用的解题方法有：力的分解法、力的合成法．(3)共面的非平行的三个力平衡时：其中任意两个力的合力必与第三个力等值反向，且三个力的作用线必交于一点．(4)物体在三个或三个以上力作用下处于平衡状态时，通常应用正交分解法．一、共点力作用下物体的平衡●要点梳理物体的平衡状态一个物体在共点力作用下，如果保持静止或匀速直线运动状态，则这个物体就处于平衡状态．如光滑水平面上匀速直线滑动的物块；沿斜面匀速直线下滑的木箱；天花板上悬挂的吊灯等，这些物体都处于平衡状态．物体处于平衡状态时分为两类：一类是共点力作用下物体的平衡；另一类是有固定转动轴物体的平衡．在这一节我们只研究共点力作用下物体的平衡．共点力作用下物体的平衡又分为两种情形，即静平衡(物体静止)和动平衡(物体做匀速直线运动)．●

疑点辨析对静止的理解：静止与速度v＝0不是一回事．物体保持静止状态，说明v＝0，a＝0，两者必须同时成立．若仅是v＝0，a≠0，如上抛到最高点的物体，此时物体并不能保持静止，上抛到最高点的物体并非处于平衡状态．所以平衡状态是指加速度为零的状态，而不是速度为零的状态．二、共点力作用下的平衡条件●要点梳理共点力作用下物体处于平衡状态的力学特点是所受合外力F合＝0.例如，图甲中，放在水平地面上的物体保持静止，则此物体所受的重力和支持力是一对平衡力，其合力为零．甲乙又如图乙中，若物体沿斜面匀速下滑，则f与N的合力必与重力G等大、反向，故仍有F合＝0.●

重点解读(1)若物体在两个力同时作用下处于平衡状态，则这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上，其合力为零，这就是初中学过的二力平衡．(2)若物体在三个非平行力同时作用下处于平衡状态，则这三个力必定共面共点(三力汇交原理)，合力为零，称为三个共点力的平衡，其中任意两个力的合力必定与第三个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上．(3)物体在n个非平行力同时作用下处于平衡状态时，n个力必定共点，合力为零，称为n个共点力的平衡，其中任意(n－1)个力的合力必定与第n个力等值反向，作用在同一直线上．由牛顿第二定律知道，作用于物体上力的平衡是物体处于平衡状态的原因，物体处于平衡状态是力的平衡的结果．三、、共共点点力力平平衡衡条条件件的的应应用用●重点点解解读读现实实生生活活中中，，物物体体在在力力的的作作用用下下处处于于平平衡衡的的情情况况随随处处可可见见，，站站着着的的人人在在重重力力和和地地面面支支持持力力的的作作用用下下，，处处于于静静止止的的平平衡衡状状态态，，这这叫叫做做静静态态平平衡衡；；跳跳伞伞运运动动员员在在降降落落过过程程中中，，当当其其匀匀速速降降落落时时，，他他所所受受的的重重力力与与降降落落伞伞的的拉拉力力及及空空气气阻阻力力相相平平衡衡，，这这叫叫做做动动态态平平衡衡．．有时时，，物物体体就就整整体体而而言言并并不不处处于于平平衡衡状状态态，，但但它它可可以以在在某某一一方方向向上上处处于于平平衡衡状状态态．．如如在在海海面面上上加加速速行行驶驶的的快快艇艇，，在在水水平平方方向向上上做做变变速速运运动动，，可可是是它它在在竖竖直直方方向向上上只只受受重重力力和和浮浮力力这这一一对对平平衡衡力力作作用用，，因因此此它它在在竖竖直直方方向向上上处处于于平平衡衡状状态态．．(1)在共共点点力力作作用用下下物物体体处处于于平平衡衡状状态态，，则则物物体体所所受受合合力力为为零零，，因因此此物物体体在在任任一一方方向向上上的的合合力力都都为为零零．．(2)如果果物物体体只只是是在在某某一一方方向向上上处处于于平平衡衡状状态态，，则则物物体体在在该该方方向向上上合合力力为为零零，，因因此此可可以以在在该该方方向向上上应应用用平平衡衡条条件件列列方方程程求求解解．．【解析析】在共共点点力力作作用用下下处处于于平平衡衡状状态态的的物物体体，，必必然然同同时时具具备备两两个个特特点点：：从从运运动动状状态态显然，静止在粗糙斜面上的物体和匀速行驶的汽车都处于平衡状态，而沿光滑斜面由静止加速下滑的物体，加速度不等于零，不处于平衡状态，做自由落体运动的物体在刚开始下落时，尽管速度v＝0.但加速度a＝g≠0，合力F＝G≠0，故也不处于平衡状态．【答案】

AC【方法法总总结结】判断断物物体(1)根据物体的运动状态(看运动状态是静止，还是匀速运动)(2)根据物体的受力情况(看合力是否为零)．【解析析】因为为重重物物上上升升到到最最高高点点时时速速度度为为零零，，加加速速度度是是g，所所以以物物体体不不处处于于平平衡衡状状态态，，A是错错误误的的；；电电梯梯中中的的人人和和电电梯梯一一起起匀匀速速运运动动，，所所受受合合外外力力为为零零，，【答案】

BD【解析析】取足足球球作作为为研研究究对对象象，，它它共共受受到到三三个个力力作作用用，，重重力力G＝mg，方向竖竖直向下下；墙壁壁的支持持力N，方向水水平向右右；悬绳绳的拉力力T，方向沿沿绳的方方向．这三个力力一定是是共点力力，重力力的作用用点在球球心O点，支持持力N沿球的半半径方向向．G和N的作用线线必交于于球心O点，则T的作用线线必过O点．既然然是三力力平衡，，可以根根据任意意两力的的合力与与第三力力等大、、反向求求解，可可以根据据力三角角形求解解，也可可用正交交分解法法求解．．【答案】mg/cosαmgtanα【方法总结结】应用共点点力的平平衡条件件解题的的一般步步骤：(1)确定研究究对象：：即在弄弄清题意意的基础础上，明明确以哪哪一个物物体(或结点)作为解题题的研究究对象．．(2)分析研究究对象的的受力情情况：全全面分析析研究对对象的受受力情况况，找出出作用在在研究对对象上的的所有外外力，并并作出受受力分析析图，如如果物体体与别的的接触物物体间有有相对运运动(或相对运运动趋势势)时，在图图上标出出相对运运动的方方向，以以判断摩摩擦力的的方向．．(3)判断研究究对象是是否处于于平衡状状态．(4)应用共点点力的平平衡条件件，选择择适当的的方法，，列平衡衡方程．(5)求解方程，并根据情况，对结果加以说明或必要的讨论．据此可知知作出几几组平行行四边形形，反映映出N1、N2的变化情情况，如如上图所所示．当当θ逐渐增大大时，N2与竖直方方向的夹夹角逐渐渐减小，，N2→N′2→N″2；当θ＝90°时，N2＝N＝G＝mg，所以N2逐渐减小小，N1逐渐减小小．【答案】见解析【方法总结结】动态平衡衡问题的的分析方方法：(1)解析法：：对研究究对象的的任一状状态进行行受力分分析，建建立平衡衡方程，，求出应应变参量量与自变变参量的的一般函函数式，，然后根根据自变变量的变变化确定定应变参参量的变变化．(2)图解法：对对研究对象象进行受力力分析，再再根据平行行四边形定定则或三角角形定则画画出不同状状态下的力力的矢量图图(画在同一个个图中)，然后根据据有向线段段(表示力)的长度变化化判断各个个力的变化化情况．图解法适用用条件：质点在三个个力作用下下处于平衡衡状态，其其中一个力力恒定，一一个力的方方向不变，，第三个力力的大小和和方向都变变化的情况况．具体做做法是：合合成两个变变力，其合合力与恒力力等值反向向．【答案】BD【指点迷津】学过几种不不同的解题题方法之后后，在解题题时，不要要机械地套套用某种解解法，而是是要认真审审读题目，，明确物理理条件，灵灵活求解，，解题时一一定要养成成作图的好好习惯．此题考查应应用物体平平衡条件处处理连接体体的平衡问问题，可以以运用整体体法把a、b两球以及a、b球之间的连连线视为一一个整体进进行研究，，也可以分分别单独以以a、b球为研究对对象，分析析其受力并并求解．因因为用整体体法解题可可以无须考考虑系统内内物体之间间的相互作作用力，使使解题更为为简便，故故解题中可可以首先考考虑运用整整体法求解解．选取a、b两球及它们们之间的轻轻绳为研究究对象，其其受力情况况是：重力力(m1＋m2)g、外力F1和F2以及a球上方悬绳绳的拉力T，由于F1、F2等值反向，，互相平衡衡，悬线的的拉力T必与两球的的重力(m1＋m2)g等值反向，，即a球上方的悬悬线必在竖竖直方向上上．故A选项正确．．【答案】A平衡状态下下的临界值值和极值问问题的求解解方法某种物理现现象变化为为另一种物物理现象的的转折状态态叫做临界界状态．物物体平衡的的临界状态态是指物体体所处的平平衡状态将将要破坏而而尚未被破破坏的状态态．解答物物体平衡的的临界问题题时可用假假设法．运运用假设法法的基本步步骤是：①明确研究对对象；②画受力示意意图；③假设可发生生的临界现现象；④列出满足所所发生的临临界现象的的平衡方程程求解．如图所示，，在A点有一物体体(未画出)，其质量为为2kg，两根轻绳绳AB和AC的一端系在在竖直墙上上，另一端端系在物体体上，在物物体上另施施加一个方方向与水平平线成θ＝60°角的拉力F，若要使绳绳都能伸直直，求拉力力F的大小范围围．(g取10m/s2)1．如图所示示运动图象象表明物体体不处于平平衡状态的的是()【答案】B2．在机场和和海港，常常用输送带带运送旅客客和行李、、货物，如如下图所示示，(a)为水平输送送带，(b)为倾斜输送送带，当行行李箱随输输送带一起起匀速运动动时，下列列几种判断断中正确的的是()A．(a)、(b)两种情形中中的行李箱箱都受到两两个力作用用B．(a)、(b)两种情形中中的行李箱箱都受到三三个力作用用C．情形(a)中的行李箱箱受到两个个力作用，，情形(b)中的行李箱箱受到三个个力作用D．情形(a)中的行李箱箱受到三个个力作用，，情形(b)中的行李箱箱受到四个个力作用【答案】C【解析】由于物体的的重力大于于拉力，所所以没有拉拉动物体，，物体处于于静止状态态，所受合合力为零．．【答案】D【解析】未撤去F1前，木块静静止，说明明木块所受受的静摩擦擦力f静＝F1－F2＝8N，方向向左左，即最大大静摩擦力力fm≥8N．当撤去F1后，木块在在F2作用下有向向左运动的的趋势，地地面给木块块的静摩擦擦力方向变变为向右，，大小与F2相等，即f′静＝F2＝2N．恰好在静静摩擦力的的范围之内内(0<F≤fm)，木块处于于静止