2020年新教材高中物理魯科版必修1第4章第3節(jié)共點(diǎn)力的平衡教案56

1、-1 -第 3 節(jié)共點(diǎn)力的平衡【學(xué)習(xí)素養(yǎng)明目標(biāo)】物理觀念：1.知道平衡狀態(tài)和力的平衡的概念 2 了解共點(diǎn)力作用下物體平衡的概念 3 知道共點(diǎn)力的平衡條件.科學(xué)思維：1.會(huì)用共點(diǎn)力的平衡條件解答實(shí)際問題2 掌握處理平衡問題的常用方法.自主預(yù)習(xí)習(xí)播新MZlljtHUVLIXt I AMXir%l2Lf 11rj知識梳理匸|一、 共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件1.平衡狀態(tài)：物體靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所處的狀態(tài).2 共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件：物體所受的合力為零，即_F合=0.3.力的平衡(1) 力的平衡：作用在物體上的幾個(gè)力的合力為零，這種種情況稱為力的平衡.(2) 二力平衡條件：作用于物體上的兩個(gè)共點(diǎn)

2、力大小相方向相反,作用在同一直線上.(3) 三力平衡條件：三個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí)，任意兩個(gè)力的合力必定與第三個(gè)力大小相等、方 向相反，作用在同一直線上.二、 平衡條件的應(yīng)用1物體的靜態(tài)平衡：物體在力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，稱為靜態(tài)平衡，處于靜態(tài)平衡的 物體所受的外力的合力為零.2 物體在某方向的平衡： 運(yùn)動(dòng)的物體在某一方向上所受的合力為零時(shí)物體在該方向處 于平衡狀態(tài).I基礎(chǔ)自測匚|1 思考判斷(正確的打“V”，錯(cuò)誤的打“X”)(1) 若一個(gè)物體處于平衡狀態(tài)，則此物體一定處于靜止?fàn)顟B(tài).(X)(2) 物體的速度等于零時(shí)，物體一定處于平衡狀態(tài).(X)(3) 高空中沿直線勻速飛行的飛機(jī)處于平衡狀態(tài).(V)(4

3、) 百米賽跑時(shí)，運(yùn)動(dòng)員在起跑的瞬時(shí)處于平衡狀態(tài).(X)(5) 所受合外力保持恒定的物體處于平衡狀態(tài).(X)2 .共點(diǎn)的五個(gè)力平衡，則下列說法中不正確的是()A. 其中四個(gè)力的合力與第五個(gè)力等大反向B. 其中三個(gè)力的合力與其余的兩個(gè)力的合力等大反向C. 五個(gè)力合力為零D. 撤去其中的三個(gè)力，物體一定不平衡D 共點(diǎn)的五個(gè)力平衡，則五個(gè)力的合力為零，C 正確.任意三個(gè)力或四個(gè)力的合力與其-2 -余的兩個(gè)力或第五個(gè)力一定等大反向，A、B 正確而撤去其中三個(gè)力，剩余兩個(gè)力的合力可能為零，物體可能平衡，D 錯(cuò)誤.3 如圖所示，物塊在力F作用下向右沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，則物塊受到的摩擦力力F的合力方向應(yīng)該是（

4、）A.水平向右C.向右偏上B 對物塊受力分析如圖所示，由于重力G與地面支持力N的合力方向豎直向下，因此F和f的合力方向只有豎直向上時(shí)，四力合力才能為零，B 正確.合作探究重難力的平衡_i.從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度理解平衡狀態(tài)：平衡的物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此種狀態(tài) 其加速度為零，即處于平衡狀態(tài)的物體加速度為零；反過來加速度為零的物體一定處于平衡 狀態(tài).2 .從動(dòng)力學(xué)的角度理解平衡狀態(tài)：處于平衡狀態(tài)的物體所受的合外力為零，反過來物體 受到的合外力為零，它一定處于平衡狀態(tài).3 .靜態(tài)平衡與動(dòng)態(tài)平衡（1）靜態(tài)平衡是處于靜止?fàn)顟B(tài)的平衡，合力為零.（2）動(dòng)態(tài)平衡是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的平衡，合力為零.4 .平

5、衡狀態(tài)與力的平衡結(jié)呆杵【例 1】物體受到共點(diǎn)力的作用，則下列說法中正確的是（）A. 速度在某一時(shí)刻等于零的物體一定處于平衡狀態(tài)B. 相對于另一物體保持靜止的物體一定處于平衡狀態(tài)C. 物體所受合力為零就一定處于平衡狀態(tài)D. 物體做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)一定處于平衡狀態(tài)思路點(diǎn)撥：物體是否處于平衡狀態(tài)，要根據(jù)平衡條件（即物體所受的合力是否為零）進(jìn)行判斷.C 處于平衡狀態(tài)的物體，在運(yùn)動(dòng)形式上處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從受力上來看， 物體所受合力為零，C 正確；某一時(shí)刻速度為零的物體，所受合力不一定為零，故不一定處于B.豎直向上D.向左偏上-3 -平衡狀態(tài)，A 錯(cuò)誤；物體相對于另一物體靜止時(shí)，該物體不一定靜止，

6、如當(dāng)另一物體做變速運(yùn) 動(dòng)時(shí)，該物體也做變速運(yùn)動(dòng)，則該物體處于非平衡狀態(tài)，故B 錯(cuò)誤；物體做勻加速運(yùn)動(dòng)，所受合力不為零，故不處于平衡狀態(tài)，D 錯(cuò)誤 il1)A“靜止”與“v= 0”的區(qū)別(1) 物體保持靜止?fàn)顟B(tài)：說明v= 0,a= 0,物體受合外力為零，物體處于平衡狀態(tài).(2) 物體運(yùn)動(dòng)速度v= 0 則有兩種可能：v= 0,az0,物體受合外力不等于零，物體并不保持靜止，處于非平衡狀態(tài)，如上拋 到最高點(diǎn)的物體.v= 0,a= 0，這種情況與(1)中的靜止?fàn)顟B(tài)一致.針對訓(xùn)蹲1 關(guān)于平衡狀態(tài)，下列說法正確的是()A. 做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，在最高點(diǎn)時(shí)處于平衡狀態(tài)B. 木塊放在斜面體的斜面上，隨斜面體

7、一起向右勻速運(yùn)動(dòng)，木塊處于平衡狀態(tài)C. 木塊放在斜面體的斜面上，隨斜面體一起向右勻加速運(yùn)動(dòng)，木塊處于平衡狀態(tài)D.靜止在勻加速運(yùn)動(dòng)的列車內(nèi)的水平桌面上的杯子，處于平衡狀態(tài)B 做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體在最高點(diǎn)時(shí)，速度雖為零，但所受合力不為零，不是平衡狀態(tài)，A 錯(cuò)誤；木塊與斜面體相對靜止，若整體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則木塊處于平衡狀態(tài)，若整體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則木塊也具有加速度，不處于平衡狀態(tài)， 杯子整體做勻加速運(yùn)動(dòng)，杯子也具有加速度，不處于平衡狀態(tài),2 在下圖中，能表示物體處于平衡狀態(tài)的是()答案C共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用空點(diǎn)2丿i共點(diǎn)力的平衡條件：如果共點(diǎn)力的合力為零，則在兩個(gè)相互垂直的方向上的合力也必

8、然為零，即Fx合=0,Fy合=0.2.平衡條件的四個(gè)常用推論(1) 二力平衡條件：這兩個(gè)共點(diǎn)力大小相等、方向相反.(2) 三個(gè)力平衡條件：三個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí)，其中任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小相 等、方向B 正確，C 錯(cuò)誤；列車、桌子與D 錯(cuò)誤.ABCD-4 -相反，而且在同一條直線上.-5 -(3) 物體在n個(gè)共點(diǎn)力同時(shí)作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，這些力在任何一個(gè)方向上的合力均為 零.其中任意(n 1)個(gè)力的合力必定與第n個(gè)力等值反向，作用在同一直線上.(4) 物體在多個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，各力首尾相接必構(gòu)成一個(gè)封閉的多邊形.3 處理平衡問題的兩點(diǎn)說明(1) 物體受三個(gè)力平衡時(shí)，利用力的

9、分解法或合成法比較簡單.(2) 解平衡問題建立坐標(biāo)系時(shí)應(yīng)使盡可能多的力與坐標(biāo)軸重合，需要分解的力盡可能 少物體受四個(gè)以上的力作用時(shí)一般要采用正交分解法.【例 2】 質(zhì)量為 0.6 kg 的物體靜止在傾角為 30的斜面上，如圖 所示當(dāng)用一與斜面平行也與水平面平行的力F推物體時(shí)，物體恰能在斜面上勻速運(yùn)動(dòng)若已知F= 4N，求物體的運(yùn)動(dòng)方向和物體與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)g= 10 m/s2, tan 37 = 4思路點(diǎn)撥：分析物體的受力情況，將其轉(zhuǎn)化為物體在斜面上受到的力和垂直于斜面的力, 根據(jù)物體在斜面上平行和垂直斜面方向受力平衡進(jìn)行求解.解析根據(jù)物體的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)求出其所受滑動(dòng)摩擦力的大小和方向后，

10、物體的運(yùn)動(dòng)方向和動(dòng)摩擦因數(shù)便可求出.如圖所示，物體受到三個(gè)與斜面平行的力：推力F、重力沿斜面向下的分=I，得a= 37 .由f=N, N= mccos 30 得動(dòng)摩擦因數(shù)向與力F方向的夾角為 37,指向右下方.答案 與F方向的夾角為 37,指向右下方皿 II1fi .iA共點(diǎn)力平衡問題的解題方法(1) 合成法：物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡，則任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小 相等，方向相反.(2) 分解法：物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡，將某一個(gè)力按力的效果分解，則其分力和 其他兩個(gè)力滿足平衡條件.(3)正交分解法：物體受到三個(gè)或三個(gè)以上力的作用時(shí)，將物體所受的力分解為相互垂直 的兩組，每組力

11、都滿足平衡條件.力 n 30和滑動(dòng)摩擦力f.因?yàn)槲矬w在斜面上勻速運(yùn)動(dòng)，所以大小相等、方向相反.由圖知f= .F2+ mcsin 302=42+32N=5 N,則 tanamcpin 30F，物體運(yùn)動(dòng)方f與F和 30的合力-6 -(4)力的三角形法：對受三力作用而平衡的物體，將力的矢量圖平移使三力組成一個(gè)首尾-7 -依次相接的矢量三角形，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識求解未知力.3 一個(gè)物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用，如果三個(gè)力的大小為如下各組情況，那么有可能使 物體處于平衡狀態(tài)的是（）A.1 N 4 N7 NB.2 N6 N 9 NC.2 N 5 N8 ND.6 N8 N 6 ND 能

12、否使物體處于平衡狀態(tài)，要看三個(gè)力的合力是否可能為零，方法是兩個(gè)較小力加起來是否大于或等于最大的那個(gè)力，如果是就可能.因?yàn)閮蓚€(gè)力的合力范圍是|Fi-F2|WFWR+冃，若Fa在此范圍內(nèi)，就可能與F平衡，故 D 正確.4 .如圖所示，一個(gè)半球形的碗放在桌面上，碗口水平，口是光滑的.一根細(xì)線跨在碗口上，線的兩端分別系有質(zhì)量為0點(diǎn)為其球心，碗的內(nèi)表面及碗m和m的小球，當(dāng)匕們處于平衡狀態(tài)時(shí)，質(zhì)量為m的小球與0點(diǎn)的連線和水平線的夾角為a60.則兩小球的質(zhì)量比m為多少?解析方法一：正交分解法.小球m受重力和細(xì)線的拉力處于平衡狀態(tài)，則由二力平衡條件得T=mg.以小球m為研究對象，受力分析如圖所示，以N的方向?yàn)?/p>

13、y軸，以垂直于N的方向?yàn)閤軸建立坐標(biāo)系.N與T的夾角為 60,mg與y軸成 30角.在x軸方向上，由物體的平衡條件有方法二：合成法.以小球m為研究對象，受力分析如圖所示，小球m受到重力mg、碗對小球的支持力N和細(xì)線的拉力T三力作用而處于平衡狀態(tài).則N與T的合力F=mg,mgsin 30 Tsin 60=0,解得m=m針時(shí)訓(xùn)毎-8 -根據(jù)幾何關(guān)系可知mg= 2Tsin 60 = 3mg,答案-3某方向的平衡當(dāng)堂達(dá)標(biāo)i.（多選）下面關(guān)于共點(diǎn)力的平衡與平衡條件的說法正確的是（）A. 如果物體的運(yùn)動(dòng)速度為零，則必處于平衡狀態(tài)B. 如果物體的運(yùn)動(dòng)速度大小不變，則必處于平衡狀態(tài)C. 如果物體處于平衡狀態(tài)，

14、則物體沿任意方向的合力都必為零D. 如果物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài)，則任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大 小相等、方向相反CD 物體運(yùn)動(dòng)速度為零時(shí)不一定處于平衡狀態(tài)，A 錯(cuò)誤；物體運(yùn)動(dòng)速度大小不變、方向變化時(shí)，不是做勻速直線運(yùn)動(dòng)，一定不是處于平衡狀態(tài)，B 錯(cuò)誤；物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，合力為零，物體沿任意方向的合力都必為零，C 正確；任意兩個(gè)共點(diǎn)力的合力與第三個(gè)力等大反向、合力為零，物體處于平衡狀態(tài)， D 正確.2 一個(gè)物體放在斜面上，如圖所示，當(dāng)斜面的傾角逐漸增大而物體仍靜止在斜面上時(shí)， 物體所受（）A. 重力與支持力的合力逐漸增大B. 重力與靜摩擦力的合力逐漸增大C. 支持力與靜摩擦力的

15、合力逐漸增大D. 重力、支持力和靜摩擦力的合力逐漸增大A 物體靜止時(shí)，物體受重力mg支持力N和摩擦力f三個(gè)力作用，由正交分解知N=mgcos0,f= min0,0為斜面的傾角.三個(gè)力合力為零，重力與支持力的合力與靜摩擦丁勺巴麗-9 -力等大反向，傾角變大，靜摩擦力變大，A 對重力與靜摩擦力的合力與支持力等大反向，傾角變大，支持力變小，B 錯(cuò)支持力與靜摩擦力的合力與重力等大反向，保持不變，C 錯(cuò)重力、支持力和靜摩擦力的合力始終為零，D 錯(cuò)故選 A.3 孔明燈相傳是由三國時(shí)的諸葛孔明發(fā)明的，如圖所示，有一盞質(zhì)量為m的孔明燈升空后沿著東偏北方向勻速上升，則此時(shí)孔明燈所受空氣的作用力的大小和方向是（）A. 0B.mg堅(jiān)直向上C. mg東北偏上方向D. mg東北偏下方向B 孔明燈沿著東偏北方向勻速上升，即做勻速直線運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，則合力為零， 根據(jù)平衡條件：空氣的作用力大小F=mg豎直向上故選 B.4 如圖所示，電燈的重力為 20 N，繩AC與天花板間的夾角為 45，繩B0水平，求繩AO BC所受的