求平衡力的几种解法

1、全方位教学辅导教案学 科：物理 任课教师： 授课时间：2019年 月 日 （星期 ）姓 名 性 别 年 级 第 次课课题课程性质预习复习冲刺 同步 其他 学生表现作业完成情况签字教研组长：家 长：求解平衡力的几种方法 【学习目标】1.知道什么叫力的平衡，什么叫共点力作用下物体的平衡状态2.知道共点力作用下物体的平衡条件，并能用它处理简单的平衡问题【要点梳理】要点一、共点力的平衡1共点力是作用于一点，或作用线相交于一点的几个力。2物体的平衡状态（1）所谓平衡状态，就是物体的运动状态不变，具体表现为两种情况：静止状态和匀速直线运动状态（2）对平衡状态的理解对于共点力作用下物体的平衡，不要认为只有静

2、止才是平衡状态，匀速直线运动也是物体的平衡状态。因此，静止的物体一定平衡，但平衡的物体不一定静止。不要把速度为零和静止状态相混淆，静止状态是物体在一段时间内保持速度为零不变，其加速度为零，而物体速度为零可能是物体静止，也可能是物体做变速运动中的一个过渡状态，加速度不为零。由此可见，静止的物体速度一定为零，但速度为零的物体不一定静止。因此，静止的物体一定处于平衡状态，但速度为零的物体不一定处于平衡状态。总之，共点力作用下的物体只要物体的加速度为零，它一定处于平衡状态，只要物体的加速度不为零，它一定处于非平衡状态。3共点力作用下物体的平衡条件是物体所受外力的合力为零。A最简单的是物体受两个共点力作

3、用的情况。只要这两个力大小相等、方向相反，合力就为零，这就是所谓的二力平衡问题。B很多情况是物体在三个共点力作用下处于平衡状态。这时，三个力中的任意一个力总跟另外两个力的合力平衡。C不难想象如果一个物体在几个共点力作用下处于平衡状态，当撤消其中的一个力时，则其它几个力的合力一定与该力大小相等、方向相反，这时物体将在合力作用下改变原来的平衡状态。要点二、研究共点力的平衡的方法1研究共点力作用下物体平衡问题的基本方法，是平行四边形法则及相关的三角形计算。2用正交分解法研究共点力的平衡问题，其平衡条件是合外力的正交分量均为零。即A正交分解法把矢量运算转化为代数运算B应用正交分解法的重要环节是坐标系的

4、建立。应使更多的力在坐标轴上，这样分解的力就少一些。要点三、解决物体平衡问题的重要原理1内容一个物体受到三个不平行的力的作用而平衡，则这三个力必将共点，而且表示这三个力的矢量线段将组成一个封闭的三角形。2求解（1）若三个共点力使物体平衡，构成的矢量三角形是直角三角形，则可以用三角函数知识求解；若此矢量三角形不是直角三角形，还可以用正弦定理、余弦定理、或三角形相似性求解。（2）若平衡物体受到三个以上不平行且不共点的力作用，若可以忽略物体自身的大小和形状或不涉及转动问题时，可以用力的合成法，把其中作用线相交的力进行合成，从而将多力合成三力，把多力平衡转化为三力平衡，用以上叙述的三力平衡原理解决问题

5、；也可以采用正交分解法，即把物体所受各力按两个特定的互相垂直的方向分解，再根据力的平衡条件，列出力的平衡方程求解。即：这里要注意，互相垂直的两个方向即坐标系方向的选择原则是：要使坐标轴尽可能和更多的力相重合，以免去分解的麻烦。要点四、应用共点力平衡条件解决问题的步骤1、确定研究对象，分析物体的受力情况。注意只能分析物体受到的实际受力，不能算合力、分力，分析受力要完整准确；2、根据实际情况，确定直角坐标系；3、对各力沿坐标轴方向进行正交分解；4、建立平衡方程，若各力作用在同一直线上，可直接用的代数式列方程，若几个力不在同一直线上，可用与联立列出方程组。5、解方程，必要时对结果进行讨论。【典型例题

6、】类型一、对平衡状态和平衡条件的理解例1、下列物体中处于平衡状态的是（ ）A静止在粗糙斜面上的物体B沿光滑斜面下滑的物体C在平直路面上匀速行驶的汽车D做自由落体运动的物体在刚开始下落的一瞬间【思路点拨】平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态。【点评】物体在某一时刻的速度为零与物体保持静止是两个不同的概念。物体在某一时刻速度为零，并不能说明物体处于平衡状态；物体处于平衡状态，也不一定速度为零。举一反三【变式】如果两个力彼此平衡，则它们（ ）A必是作用力与反作用力B必是同种性质的力C必不是作用力与反作用力 D必不是同种性质的力类型二、合成与分解法求单个物体的平衡例2、如图所示，物体沿倾角的

7、斜面匀速下滑，求物体与斜面间的动摩擦因数。举一反三【变式1】质量为m的物体，在与水平方向成角斜向上的外力F作用下拉物体使物体匀速运动，求物体与水平面之间的动摩擦因数=？Fm【变式2】如图所示，A、B两物体用轻绳相连后跨过无摩擦的定滑轮，A物体在Q位置时处于静止状态。若将A物体移到P位置仍处于静止状态，则A物体由Q移到P后，作用于A物体上的力中增大的是（ ）A绳子对A物体的拉力 B地面对A物体的支持力C地面对A物体的静摩擦力 DA物体受到的重力类型三、单个物体的动态平衡例3、如图所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点。现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态

8、，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，在此过程中斜面对小球的支持力以及绳对小球的拉力的变化情况是（ ）A保持不变，不断增大 B不断增大，不断减小 C保持不变，先增大后减小 D不断增大，先减小后增大举一反三【变式1】如图所示，质量为m的光滑圆球用绳OA拴住，靠在竖直墙上，绳子与墙面之间夹角为，若OA绳缩短，使得角变大时，墙对球的弹力以及绳子拉力大小变化？【答案】弹力变大，绳子拉力变大【解析】在该题中，重力大小、方向不变，弹力方向不变， 绳子张力的大小和方向发生变化。画出矢量图，可以看出墙对球的弹力变大，绳子拉力变大。G1FN1FN2T2T1【变式】如图所示，将一个重物用两根等长的细绳OA、OB

9、悬挂在半圆形的架子上，B点固定不动，悬点A由位置C向位置D移动，在这个过程中，重物对OA绳的拉力大小的变化情况是（ ）A先减小后增大B先增大后减小COA跟OC成30角时，拉力最小DOA跟OC成60角时，拉力最小类型四、单个物体平衡时摩擦力方向的考查例4、如图所示位于斜面上的物块M在沿斜面向上的F作用下，处于静止状态，则斜面作用于物块的静摩擦力为（ ）A方向可能沿斜面向上B方向可能沿斜面向下C大小可能等于零D大小可能等于FFM举一反三【变式1】如图所示，一个物体A静止于斜面上，现用一竖直向下的外力压物体A，下列说法正确的是（ ）A物体A所受的摩擦力可能减小B物体A对斜面的压力可能保持不变C不管F

10、怎样增大，物体A总保持静止D当F增大到某一值时，物体可能沿斜面下滑类型五、用相似三角形解平衡问题例5、固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固定一个小定滑轮，细线一端拴一小球，置于半球面上的A处，另一端通过定滑轮用力F缓慢地将小球从A点拉到B点，在此过程中，小球对半球的压力大小为FN，细线的拉力大小为T，其变化情况是（ ）AFN变大，T不变 BFN变大，T变大CFN不变，T变小 DFN变大，T变小类型六、连接体物体的平衡例6、有一个直角支架 AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑，AO上套有小环P，OB上套有小环 Q，两环质量均为m，两环间由一根质量可忽略、不可伸展的细绳相连

11、，并在某一位置平衡（如图），现将P环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力FN和细绳上的拉力T的变化情况是（ ）AFN不变，T变大 BFN不变，T变小CFN变大，T变大DFN变大，T变小举一反三【变式】如图所示，两个完全相同的重为G的球，两球与水平地面间的动摩擦因数都是，一根轻绳两端拴接在两个球上，在绳的中点施加一个竖直向上的拉力，当绳被拉直后，两段绳间的夹角为。问当F至少多大时，两球将发生滑动？求解平衡力的几种方法(基础篇)一、选择题：1下列几种情况中，物体处于平衡状态的是( )A静止在粗糙平面上的物体B沿光滑斜面自由下滑的物体C

12、竖直上抛的物体在到达最高点时D在不光滑的水平面上做匀速直线运动的木块2某物体受四个力的作用而处于静止状态，保持其他三个力的大小和方向均不变，使另一个大小为F的力的方向转过90，则欲使物体仍保持静止状态，必须再加上一个大小为多少的力( )AF BF C2F D3F 3下列哪组共点力作用在一个物体上，可以使物体保持平衡( )A2N，4N，10N B2N，3N，5NC10N，10N，10ND2N，3N，10N4如图，重物G用细绳悬挂于P点，外力F作用于细绳上的O点，其方向与水平方向成角，PO绳与竖直方向的夹角为，若保持角大小不变，欲使重物G静止，F值为最小时角的大小是( )A0 B/2 C D/25

13、如图在人向右运动的过程中，物体A缓慢上升，若人对地面的压力为FN，人受到的摩擦力为Ff，人拉绳的力为T，则人运动在中( )AFN、Ff和T都增大BFN和Ff增大，T不变CFN、Ff和T都减小DFN增大，Ff减小，T不变6如图所示，有一均匀梯子AB斜靠在竖直墙上处于静止状态，假设墙面光滑，地面粗糙，则地面对梯子的作用力可能沿( )AF1的方向 BF2的方向 CF3的方向 DF4的方向7如图所示，一物体静止在斜面上，当斜面的倾角逐渐增大时，物体仍然静止在斜面上，则( )A物体所受重力和支持的合力逐渐增大B物体所受的重力和静摩擦力的合力逐渐增大C物体所受的重力、支持力和静摩擦力的合力逐渐增大D物体所

14、受的支持力和摩擦力的合力不变8如图所示，轻绳a、b将灯笼悬挂于O点，灯笼保持静止，所受重力为G，绳a、b对O点拉力的合力为F，F的大小和方向是( )A，方向竖直向上 B，方向斜向上C，方向竖直向上 D，方向斜向上9如图，鸟沿虚线斜向上加速飞行，空气对其作用力可能是( )A. B. C. D.10如图，一质量为m的正方体物块置于风洞内的水平面上，一面与风速垂直，当风速为v0时刚好能推动该物块。已知风对物块的推力FSv2，其中v为风速、S为物块迎风面积。当风速度变为2 v0时，刚好能推动用同一材料做成的另一正方体物体，则该物块的质量为( )A4m B8m C32m D64m求解平衡力的几种方法（提

15、高篇）11如图所示，用与竖直方向成角的倾斜轻绳子a和水平轻绳子b共同固定一个小球，这时绳b的拉力为F1现在保持小球在原位置不动，使绳子b在原竖直平面内，逆时针转过角固定，绳b拉力变为F2；再转过角固定，绳b拉力变为F3，则( )AF1F2F3BF1=F3F2CF1=F3F2D绳a拉力一直增大12如右图所示，用轻质细绳把两个质量未知的小球悬挂起来，对小球a持续施加一个向左偏下30的恒力，并对小球b持续施加一个向右偏上30的同样大的恒力，最后达到平衡表示平衡状态的图可能是下图中的( ) 二、计算题：1两根长度相等的轻绳，下端悬挂一质量为m的物体，上端分别固定在水平天花板上的M、N点，MN两点间的距

16、离为s，如图所示，已知两绳所能经受的最大拉力均为T，则每根绳的长度不得短于多少？2如图所示，静止在光滑水平面的木条上放一个质量为m的小金属块（可视为质点），金属块离木条右端距离为L，金属块与木板间动摩擦因数为。现用水平力向左拉动木条，设木条加速过程极短，可以认为木条在抽动过程中一直做匀速运动。要将金属块恰好停在木条的最右端，木条的速度v应为多大。Av左右L3如图所示，轻绳一端系在质量为mA=30kg的物体A上，另一端系在一个质量为m=2kg套在粗糙竖直杆MN的圆环上现用水平力F拉住绳子上一点，使物体A从如图所示实线位置O缓慢下降到虚线位置O，此时=53，圆环恰好要下滑，（sin37=0.6，c

17、os37=0.8，g=10m/s2）求：（1）拉力F大小（2）杆与环间动摩擦因数参考答案【思路点拨】平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态。【答案】AC【解析】在共点力的作用下，物体如果处于平衡状态，则该物体必同时具有以下两个特点：从运动状态来说，物体保持静止或者匀速直线运动，加速度为零；从受力情况来说，合力为零。物体在某一时刻的速度为零，并不等同于这个物体保持静止，如果物体所受的合外力不为零，它的运动状态就要发生变化，在下一个瞬间就不再是静止的了，所以物体是否处于平衡状态要由物体所受的合外力和加速度判断，而不能认为物体某一时刻速度为零，就是处于平衡状态。本题的正确选项应为A、C。【点

18、评】物体在某一时刻的速度为零与物体保持静止是两个不同的概念。物体在某一时刻速度为零，并不能说明物体处于平衡状态；物体处于平衡状态，也不一定速度为零。【答案】C【解析】作用在同一物体上的两个力，只要大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，就是一对平衡力，但这两个力可以是同种性质的力，也可不是。而作用力与反作用力是作用在两个相互作用的物体之间的力，必是同种性质的力，但两者作用在不同的物体上，根本谈不上平衡的问题。本题的正确选项应为C。【点评】作用力和反作用力一定是同种性质的力，但平衡力可以是同种性质的力，也可以不是同种性质的力。【思路点拨】物体沿斜面匀速下滑，处于平衡状态，可以采用合成法、正交分解

19、法或分解法求解。【答案】【解析】法1：如图：物体受到重力、斜面支持力N和滑动摩擦力f三个共点力作用，沿斜面匀速下滑，根据共点力的平衡条件，f与N的合力与大小相等，方向相反，作用在一条直线上。利用解直角三角形的知识有 解得动摩擦因数为法2：将重力G沿斜面和垂直于斜面方向分解，根据共点力的平衡条件在沿斜面方向上有：在垂直斜面方向上有： 解得动摩擦因数为【点评】当物体沿斜面匀速下滑时，只要测出斜面的倾角就可测定物体与斜面间的动摩擦因数。【答案】【解析】物体受到重力、弹力、摩擦力、外力F四个力的作用。可以在水平和竖直方向建立坐标轴，将力F分解到坐标轴上，根据物体匀速运动，x、y轴上合力均为零。x轴：y

20、轴：由于物体与地面之间是滑动摩擦力，因此整理得：FmGFNFfxy【答案】BC【思路点拨】对小球进行受力分析，受重力、支持力、拉力处于平衡状态，由于重力、支持力方向不变，拉力大小方向变化，可利用矢量三角形求解。【答案】D【解析】先对小球进行受力分析，重力、支持力、拉力组成一个闭合的矢量三角形，如图：且从已知图像知，且逐渐减小，趋向于零；故斜面向左移动的过程中，拉力与水平面的夹角减小，当时，垂直于，细绳的拉力最小，所以先减小后增大，由图可知，斜面的支持力不断增大，故D正确。【点评】本题考查物体的受力分析、共点力的动态平衡问题。物体在三个共点力作用下达到平衡状态，其中一个力的大小和方向均不发生变化

21、时，一个力的方向不变，另一个力的方向改变，利用力的三角形法则；另两个力中，另外两个力方向均改变，利用力的三角形与几何三角形相似求解。【答案】AD【思路点拨】静摩擦力是一个被动的力，它随外力的变化而变化。【答案】ABCD【解析】分析物体受力如图所示，这里有三个力必然存在，即重力mg、支持力N、推力F。由于力的大小关系不确定，推力F和重力的沿斜面向下的分力大小也就不确定，本题必须讨论几种可能性把重力正交分解，沿斜面向下的分力为。(1)当时，物体才能平衡，Ff 的方向沿斜面向下(2)时，斜面对物块的静摩擦力为零(3)当时，物块才能平衡，Ff 的方向沿斜面向上。(4) F f 方向沿斜面向上时，大小可

22、能等于F选项A、B、C、D都有可能，故选ABCD【点评】静摩擦力的方向一定与相对运动趋势的方向相反。【答案】C【思路点拨】此题一般可采取相似三角形计算。【答案】C【解析】小球的受力情况如图所示，因缓慢运动，可认为小球在运动过程中所受合力始终为零，由合成法，FN、T、F构成一个闭合的三角形，其中FG，从图中的几何关系，不难看出，这三力所构成的三角形与AOC相似，所以在拉动过程中，AC变小，OC不变，R不变，所以FN 不变，T变小，选项C正确。【点评】三个平衡力转化成一个闭合的三角形之后，如果三角形中没有直角，而装置所构成的三角形边长已知，且与力的三角形相似，应优先选用相似三角形法求解【思路点拨】

23、解决连接体问题常用的解题方法：整体法与隔离法结合。【答案】B【解析】本题先用整体法研究，再隔离分析 取P、Q两个环整体研究，在竖直方向上只有OA杆对其产生竖直向上的力(Q环不受杆向上的力)，故FN2mg，FN大小不变再取Q环研究，将拉力FT沿竖直、水平方向分解，如图所示，竖直分力，当角由于P环左移而减小时，由于，故FT变小【点评】处理连接体问题时，一般优先考虑整体法，有时整体法和隔离法联合使用【答案】【解析】首先选用整体法，由平衡条件得 再隔离任一球，由平衡条件得 联立解之【答案与解析】一、选择题：1. AD解析:物体处于平衡状态的条件是所受合力为零，其表现为静止或匀速直线运动，因而选项A、D

24、正确又因沿斜面自由下滑的物体，其加速度为agsin；上抛运动的物体在最高点时v0，但ag，并非平衡状态，故选项B、C错误2. B解析:物体受四个力作用而处于静止状态时，F与其余三个力的合力等大、反向，设为，当F转过时，与F夹角为90，又，两力的合力，故需加一个大小为的力3BC 解析：若第三个力在剩余两个力的合力范围中，则三个力的合力就可以为零，物体就可以保持平衡。4C 解析：F值为最小时，一定是F的方向与绳子拉力垂直的时候，因此角的大小等于。5D解析：A缓慢上升，说明绳子的拉力不变。绳子的方向与地面的夹角变小，因此绳子在竖直方向的分力变小，水平方向的分力变大，因此，弹力变大，摩擦力变小。6.B解析:对梯子受力分析知，梯子受竖直向下的重力G，墙施加的水平向右的弹力FN，另外地面施加的作用力，此三力不平行，故三力应共点，如图所示，F应与G、FN交于一点，所以可能的方向是沿F2的方向 7AD解析：物体所受的弹力大小，摩擦力大小，当倾角增大，物体仍然静止在斜面上时，弹力减小，摩擦力增大。物体所受的合力不变（始终为零）。任意两个力的合力与第三个力都是等大反向。8、C解析：以结点O为研究