共点力的平衡条件及应用 高一上学期物理粤教版（2019）必修第一册

第三章相互作用第六节共点力的平衡条件及应用在自然界和日常生活中,物体的平衡是最常见的现象之一.如图所示,高高耸立的岩石、婀娜多姿的平衡鸟、体育比赛中平衡木上的运动员等,都处于平衡状态;现代高耸入云的广州塔,以及形式各样的斜拉桥等,都利用了物体平衡的原理.情景导入新课探究共点力的平衡几个力都作用在同一物体的同一点，或它们的延长线相交于一点，这几个力称为共点力。限速40km/hGF2F1为了明确表示物体所受的共点力，在作示意图时，可以把这些力的作用点画到它们作用线的公共交点上。在不考虑物体转动的情况下，物体可以当作质点看待，所以力的作用点都可以画在受力物体的重心上。FfGN匀速物体处于静止或者保持匀速直线运动的状态叫作平衡状态.物体如果受到共点力的作用且处于平衡状态,就叫作共点力的平衡.为了使物体保持平衡状态,作用在物体上的力所必须满足的条件,叫作共点力的平衡条件.问题：竖直上抛的物体到达最高点时是平衡状态吗？保持静止和瞬时速度为0不同归纳小结1.共点力：几个力都作用在物体的同一点,或它们的作用线相交于同一点,这几个力便叫做“共点力”.2.平衡状态：①保持静止状态；②保持匀速直线运动状态.3.对平衡状态的理解(1)共点力作用下物体处于平衡状态的运动学特征：

“保持”某状态与“瞬时”某状态的区别，例如：做自由落体运动的物体开始运动时，这一瞬间的速度为零，但这一状态不能“保持”，因而不属于平衡状态.例题1.物体在共点力作用下，下列说法中正确的是(

)

A.物体的速度在某一时刻等于零，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.物体处于平衡状态,不一定是静止的

D.物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态答案及解析：处于平衡状态的物体，从运动形式上看是物体可以保持静止或匀速直线运动状态，处于平衡状态的物体，既可以是静止的，也可以是匀速直线运动的。故答案为:C.新课探究探究共点力的平衡条件二力平衡是指物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,其平衡条件是这两个力的大小相等、方向相反,作用在同一直线上.

一个悬挂着的灯笼的受力情况如图所示,F=G,力F、G的合力为零.如果物体受到三个不在一条直线上的共点力的作用,怎样才能保持平衡?实验与探究取一个汇力圆环、三根一端带小钩的细绳、三个弹簧测力计,将三个小钩都钩在汇力圆环上.(1)如图所示,分别将弹簧测力计连接在三根细绳的末端,使汇力圆环在三根细绳的拉力作用下与平板上的定位圆重合.(2)用铅笔在平板上记下这三个拉力的大小和方向.(3)在平板上用力的图示法画出这三个力F1、F2、F3,如图所示.实验与探究(4)用力的平行四边形定则作出F1,F2的合力F,如图所示.比较F与F3的大小和方向.作出F2,F3的合力F',如图所示,或者作出F1,F3的合力F",如图所示,然后将合力与另外一个力进行比较.(5)在保证汇力圆环与定位圆重合的前提下,改变三根细绳的拉力大小和方向,重复上述步骤.根据实验结果,你能否归纳总结物体在三个共点力作用下的平衡条件.小窗口播放归纳小结共点力的平衡条件：物体所受的合力为零。新课探究共点力平衡条件的应用例题2（教材例题1）:在图中,小球重3N,光滑斜面的倾角α为30°.求斜面及竖直放置的挡板对小球作用力的大小.分析:以小球为研究对象,小球受到斜面对它的作用力F1、挡板对它的作用力F2和重力G这三个力的作用,根据共点力的平衡条件,F1和F2的合力F的大小与重力G的大小相等.解：对小球受力分析如图所示，由几何关系，得代入数据，解得即斜面对小球的作用力的大小为3.5N，挡板对小球的作用力的大小为1.7N.小结研究物体平衡的基本思路和基本方法（1）转化为二力平衡模型——合成法很多情况下物体受到三个力的作用而平衡，其中任意两个力的合力必定跟第三个力等大反向。GF1F2F据平行四边形定则作出其中任意两个力的合力来代替这两个力，从而把三力平衡转化为二力平衡。这种方法称为合成法。例题3（教材例题2）:在科学研究中,人们利用风力仪直接测量风力的大小,其原理如图所示.仪器中有一根轻质金属丝,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个角度,风力越大,偏角越大.通过传感器,就可以根据偏角的大小指示出风力的大小.那么,风力的大小F跟小球质量m、偏角θ之间有什么关系呢?分析:以金属球为研究对象,有风时,它受到三个力作用重力mg,竖直向下;风力F,水平向左;金属丝拉力T,沿金属丝倾斜向上,如图所示.当风力一定时,金属球能保持在一定的偏角的位置上,以金属球的球心为原点,取水平方向为x轴,竖直方向为y轴.由平衡条件列出方程,即可求出风力的大小F跟金属球质量m、偏角θ之间的关系.解:以金属球为研究对象,受力分析如图所示.水平方向上的合力Fx合和竖直方向上的合力Fy合分别等于零,即Fx合=Tsinθ-F=0Fy合=Tcos

θ-mg=0有Tsinθ=F,Tcosθ=mg两式相比,得F=mgtanθ由所得结果可见,当金属球质量m一定时,偏角θ只跟风力F有关,因此,根据偏角θ的大小就可以指示出风力的大小.小结研究物体平衡的基本思路和基本方法（2）转化为四力平衡模型——分解法物体受三个共点力平衡时，也可以把其中一个力进行分解(一般采用正交分解法)，从而把三力平衡转化为四力平衡模型。这种方法称为分解法。GF1F2F1xF