教學(xué)課件：共點力作用下物體的平衡.ppt

第1課時 共點力作用下物體的平衡 考點自清 1.共點力的平衡,同一點,延長線,靜止,勻速直線運動,合外力,0,1. 整體法：指對物理問題中的整個系統(tǒng)進(jìn)行分析、研究的方法。在力學(xué)中，就是把幾個物體視為一個整體，作為研究對象，受力分析時，只分析這一整體對象之外的物體對整體的作用力（外力），不考慮整體內(nèi)部之間的相互作用力（內(nèi)力）。,2. 隔離法：隔離法是指對物理問題中的單個物體進(jìn)行分析、研究的方法。在力學(xué)中，就是把要分析的物體從相關(guān)的物體體系中隔離出來，作為研究對象，只分析該研究對象以外的物體對該對象的作用力，不考慮研究對象對其他物體的作用力。,處理連結(jié)體問題的方法-整體法和隔離法,在“連接體運動”的問題中，比較常見的連接方式有： 用細(xì)繩將兩個物體連接，物體間的相互作用是通過細(xì)繩的“張力”體現(xiàn)的。 兩個物體通過互相接觸擠壓連接在一起，它們間的相互作用力是“彈力”、“摩擦力”連接在一起。,記住以下四句話 1.隔離法是解決連接體問題的基本方法 2.已知內(nèi)力或要求內(nèi)力時，必用隔離法 3.求外力、分析外力或與內(nèi)力無關(guān)時，用整體法較簡單 4.通常情況下，用整體法與隔離法相結(jié)合較為簡單,1.優(yōu)先考慮整體法,例1.如圖所示，放置在水平地面上的斜面M上有一質(zhì)量為m的物體，若m在 沿斜面F的作用下向上勻速運動，M仍保持靜止，已知M傾角為。求地面對M的支持力和摩擦力。,解：整體受力分析 建立直角坐標(biāo)系如圖,由平衡條件可得：,Fcos-Ff=0 Fsin+FN-(M+m)g=0, Ff=Fcos FN=(M+m)g-Fsin,同類題練習(xí),求下列情況下粗糙水平面對的支持力和摩擦力,m勻速下滑,M、m均靜止,M、m均靜止，彈簧被伸長,m加速下滑，M靜止,FN=(M+m)g Ff=0,FN=(M+m)g Ff=F,FN=(M+m)g Ff=F彈,FN=(M+m)g-masin Ff=macos,A、有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向右 B、有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向左 C、有摩擦力作用,但摩擦力的方向不能確定 D、沒有摩擦力作用,2.在粗糙水平面上有一個三角形木塊a,在它的兩個粗糙斜面上分別放著質(zhì)量為m1和m2的兩個木塊b和c,如圖所示,已知m1m2,三木塊均處于靜止?fàn)顟B(tài),則粗糙地面對三角形木塊 （ ）,4.如圖所示，傾角為的三角滑塊及其斜面上的物塊靜止在粗糙水平地面上現(xiàn)用力F垂直作用在物塊上，物塊及滑塊均未被推動，則滑塊受到地面的靜摩擦力大小為 （ ）,A0 BFcos CFsin DFtan,C,4.如圖所示，傾角為的三角滑塊及其斜面上的物塊靜止在粗糙水平地面上現(xiàn)用力F垂直作用在物塊上，物塊及滑塊均未被推動，則滑塊受到地面的靜摩擦力大小為 （ ）,A0 BFcos CFsin DFtan,C,2014?泰安一模）如圖，一質(zhì)量為M的直角劈B放在水平面上，在劈的斜面上放一質(zhì)量為m的物體A，用一沿斜面向上的力F作用于A上，使其沿斜面勻速上滑，在A上滑的過程中直角劈B相對地面始終靜止以f和N分別表示地面對劈的摩擦力及支持力，則下列正確的是（ ） Af=0，N=Mg+mg Bf向左，NMg+mg Cf向右，NMg+mg Df向左，N=Mg+mg,. 如圖所示，位于水平桌面上的物塊P，由跨過定滑輪的輕繩與物塊Q相連，從滑輪到P和到Q的兩段繩都是水平的。已知Q與P之間以及P與桌面之間的動摩擦因數(shù)都是，兩物塊的質(zhì)量都是m，滑輪的質(zhì) 量、滑輪軸上的摩擦都不計，若用一水平向右的力F拉P使它做勻速運動，則F的大小為 （ ） A.4mg B.3mg C.2mg D.mg,解析：選整體為研究對象，有F=2T+2mg,選Q為研究對象，有T=mg，因此有F=4mg。因此選項A正確。,A,如圖所示,在傾角為的斜面上,質(zhì)量均為m的物體A、B 疊放在一起,輕繩通過定滑輪分別與A、B連接（繩與斜面平行）,A與B、B與斜面間的動摩擦因數(shù)均為,輕繩與滑 輪間的摩擦不計,若要用沿斜面向下的力F將物體B勻速拉 出,則作用力F的大小為 A.2mgsin B.2mgsin C.2mgcos D.4mgcos,D,9.如下圖所示，在兩塊相同的豎直木板之間，有質(zhì)量均為m的四塊相同的磚，用兩個大小均為F的水平力壓木板，使磚靜止不動，則： (1)第1塊磚和第4塊磚受到木板的摩擦力各為多大? (2)第2塊磚和第3塊磚之間的相互作用的摩擦力為多大? (3)第3塊磚受到第4塊磚的摩擦力為多大?,解:(1)以四塊磚為對象得：f=2mg 方向向上,(2)以1、2塊磚為對象得：f1=0,(3)以第四塊磚為對象得：f4=mg 方向向上,8.如圖所示，三個物體均靜止，F(xiàn)=2N（方向水平），則A與B之間，B與C之間，C與地面之間的摩擦力分別為（ ）,A.0、0、0 B.0、1N、1N C.0、2N、2N D. 2N、2N、2N,c,10.質(zhì)量均為m的a、b兩木塊疊放在水平面上，如圖所示，a受到斜向上與水平面成角的力F作用，b受到斜向下與水平面成角等大的力F作用，兩力在同一豎直平面內(nèi)，此時兩木塊保持靜止，則( ) A.b對a的支持力一定等于mg B.水平面對b的支持力可能大于2mg C.a、b之間一定存在靜摩擦力 D.b與水平面之間可能存在靜摩擦力,C,19.在圖中有相同兩球放在固定的斜面上，并用一豎直擋板MN擋住，兩球的質(zhì)量均為m，斜面的傾角為，所有摩擦均不計（ ）,BCD,先用整體法分析擋板對B球的彈力的大小。彈力的方向始終不變，兩球?qū)π泵娴膲毫﹄S著夾角的變化而變化。 再用隔離體法對A進(jìn)行受力分析，隨著夾角的變化，B對A的力以及A對斜面的力都在變化，但是這兩個力的夾角始終是九十度,2、極值問題：平衡物體的極值，一般指在力的變化過程中的最大值和最小值問題。解決這類問題的方法常用解析法，即根據(jù)物體的平衡條件列出方程，在解方程時，采用數(shù)學(xué)知識求極值或者根據(jù)物理臨界條件求極值。另外，圖解法也是常用的一種方法，即根據(jù)物體的平衡條件作出力的矢量圖，畫出平行四邊形或者矢量三角形進(jìn)行動態(tài)分析，確定最大值或最小值。,題型2 平衡物體的臨界狀態(tài)與極值問題,1、臨界問題：當(dāng)某物理量變化時，會引起其他幾個物理量的變化，從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”，在問題的描述中常用“剛好”、“剛能”、“恰好”等語言敘述。解決這類問題的基本方法是假設(shè)推理法，即先假設(shè)某種情況成立，然后再根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識進(jìn)行論證、求解。,例1.如圖所示，一根輕繩上端固定在O點，下端拴一個重為G的鋼球A，球處于靜止?fàn)顟B(tài)現(xiàn)對球施加一個方向向右的外力F，使球緩慢偏移，在移動中的每一刻，都可以認(rèn)為球處于平衡狀態(tài)，如果外力F方向始終水平，最大值為2G，試求：（1）輕繩張力T的大小取值范圍；（2）在乙圖中畫出輕繩張力與cos的關(guān)系圖象,解：（1）當(dāng)水平拉力F=0時輕繩處于豎直位置，繩子張力最小,當(dāng)水平拉力F=2G時，繩子張力最大 .,因此輕繩的張力范圍是,（2）,如圖，在具有水平轉(zhuǎn)軸O的圓柱體A點放一重物P，圓柱體緩慢地勻速轉(zhuǎn)動，P隨圓柱體從A轉(zhuǎn)至A 的過程中與圓柱體始終保持相對靜止，則P受到的摩擦力Ff的大小變化情況，下列各圖中正確的是 （ ）,A,“極限法”求解臨界問題 【例證3】物體A的質(zhì)量為2 kg，兩根輕細(xì)繩b和c的一端連接于豎直墻上，另一端系于物體A上，在物體A上另施加一個方向與水平線成角的拉力F，相關(guān)幾何關(guān)系如圖所示，=60.若要使兩繩都能伸直，求拉力F的大小范圍.(g取10 m/s2),【解題指南】解答本題時應(yīng)注意要使兩繩都能伸直，必須保證兩繩的拉力都大于或等于零，進(jìn)而根據(jù)平衡條件，正交分解求出F的極值.,【解答】c繩剛好伸直時，拉力F最小，物體A受力如圖所示：,解法一：采用極限法： F較小時,Fc=0，F(xiàn)較大時， 拉力Fb=0。列方程求解,由平衡條件得： Fminsin+Fbsin-mg=0 Fmincos-Fbcos=0 解得：,b繩剛好伸直時，拉力F最大，物體A受力如圖所示： 由平衡條件得： Fmaxsin-mg=0 解得： 故拉力F的大小范圍是 答案：,7.如圖12所示,由兩根短桿組成的一個 自鎖定起重吊鉤,將它放入被吊的空 罐內(nèi),使其張開一定的夾角壓緊在罐 壁上,當(dāng)鋼繩勻速向上提起時,兩桿對罐壁越壓越 緊,若摩擦力足夠大,就能將重物提升起來,罐越重, 短桿提供的壓力越大,稱為“自鎖定裝置”.若罐 質(zhì)量為m,短桿與豎直方向夾角為=60,求吊起該 重物時,短桿對罐壁的壓力(短桿質(zhì)量不計).,圖12,解析 對O點受力分析如右圖所示,兩 根短桿的彈力F(沿桿)的合力與繩子的 拉力FT(FT=mg)等大反向, 故2Fcos =mg 對短桿對罐壁的作用力F進(jìn)行效果分解如右圖所示 短桿對罐壁的壓力F1=Fsin 由兩式得: 答案,返回,題型2 臨界與極值問題 【例2】如圖3所示,一球A夾在豎直墻與 三角劈B的斜面之間,三角劈的重力為 G,劈的底部與水平地面間的動摩擦因 數(shù)為,劈的斜面與豎直墻面是光滑的. 問:欲使三角劈靜止不動,球的重力不能超過多 大?(設(shè)劈的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力) 解析 由三角形劈與地面之間的最大靜摩擦力,可 以求出三角形劈所能承受的最大壓力,由此可求出 球的最大重力.,圖3,球A與三角形劈B的受力情況如下圖甲、乙所示,球A 在豎直方向的平衡方程為:GA=FNsin 45 三角形劈的平衡方程為: Ffm=FNsin 45 F NB=G+FNcos 45 另有Ffm= FNB 由、式可得:FN=,而FN=FN,代入式可得: 答案 球的重力不超過 處理平衡物理中的臨界問題和極值問題, 首先仍要正確受力分析,搞清臨界條件并且要利用好 臨界條件,列出平衡方程,對于分析極值問題,要善于 選擇物理方法和數(shù)學(xué)方法,做到數(shù)理的巧妙結(jié)合. 對于不能確定的臨界狀態(tài),我們采取的基本思維方法 是假設(shè)推理法,即先假設(shè)為某狀態(tài),然后再根據(jù)平衡 條件及有關(guān)知識列方程求解.,規(guī)律總結(jié),變式練習(xí)2 木箱重為G,與地面間的動摩擦因數(shù)為, 用斜向上的力F拉木箱,使之沿水平地面勻速前進(jìn),如 圖4所示.問角為何值時拉力F最小?這個最小值為 多大?,圖4,解析 對木箱受力分析如右圖所示, 物體做勻速運動,有 Fsin +FN=G Fcos =Ff Ff=FN 聯(lián)立得,答案,【變式訓(xùn)練】(2012太原模擬)傾角為=37的斜面與水平面保持靜止，斜面上有一重為G的物體A，物體A與斜面間的動摩擦因數(shù)為=0.5，現(xiàn)給A施以一水平力F，如圖所示，設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等(sin37=0.6，cos37=0.8)，如果物體A能在斜面上靜止，水平力F與G的比值可能是( ) A.3 B.2 C.1 D.0.5,【解析】選B、C、D.設(shè)物體剛好不下滑時F=F1，此時物體A有沿斜面下滑的