共點(diǎn)力的平衡 課件 高中物理新人教版必修第一冊(cè)（2022-2023學(xué)年）

1、第三章 相互作用力第5節(jié) 共點(diǎn)力的平衡新人教版 物理（必修第一冊(cè)） 圖甲、乙、丙、丁分別畫出了重力為G的木棒在力F1和F2的共同作用下處于平衡狀態(tài)的情況，這些力都位于同一平面內(nèi)。根據(jù)每幅圖中各個(gè)力作用線的幾何關(guān)系，可以把上述四種情況的受力分成兩類，你認(rèn)為哪些情況屬于同一類？你是根據(jù)什么來劃分的？一、共點(diǎn)力平衡的條件1、平衡狀態(tài)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持靜止?fàn)顟B(tài)2、共點(diǎn)力平衡的條件二力平衡FN=G平衡條件：作用在書上的兩個(gè)力，大小相等、方向相反，并且在同一條直線上。F合=0力的合成GFN三力平衡GF1F1F2FGF三力平衡F合=0二力平衡力的合成平衡條件：等效驗(yàn)證三力平衡條件實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體在三個(gè)共點(diǎn)力

2、作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受合力為0F2F3F4F1F23F123F1F4F23F123F4四力平衡三力平衡二力平衡平衡條件： F合=0等效等效多力平衡等效二力平衡【例題1】在如圖所示的甲、乙、丙、丁四圖中，滑輪光滑且所受的重力忽略不計(jì)，滑輪的軸O安裝在一根輕木桿P上，一根輕繩ab繞過滑輪，a端固定在墻上，b端下面掛一個(gè)質(zhì)量為m的重物，當(dāng)滑輪和重物都靜止不動(dòng)時(shí)，甲、丙、丁圖中木桿P與豎直方向的夾角均為，乙圖中木桿P豎直。假設(shè)甲、乙、丙、丁四圖中滑輪受到木桿P的彈力的大小依次為FA、FB、FC、FD，則以下判斷正確的是 ()A.FAFBFCFDB.FDFAFBFC C.FAFCFDFB D.FCF

3、AFBFDB解析：繩上的拉力等于重物所受的重力mg，設(shè)滑輪兩側(cè)細(xì)繩之間的夾角為，滑輪受到木桿P的彈力F與滑輪兩側(cè)細(xì)繩拉力的合力等大反向，即F2mgcos，由夾角關(guān)系可得FDFAFBFC，選項(xiàng)B正確。某幼兒園要在空地上做一個(gè)滑梯，根據(jù)空地的大小，滑梯的水平跨度確定為6m。設(shè)計(jì)時(shí)，滑板和兒童褲料之間的動(dòng)摩擦因數(shù)取0.4，為使兒童在滑梯游戲時(shí)能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？物理模型解析：方法一：合成法三力平衡轉(zhuǎn)化為二力平衡FfFN 解得 tan =可求得：h=b=0.46m=2.4m以滑梯上正勻速下滑的小孩為研究對(duì)象，受力分析如圖所示，支持力和摩擦力的合力與重力等值反向GFN Ffhb某幼兒園要在空

4、地上做一個(gè)滑梯，根據(jù)空地的大小，滑梯的水平跨度確定為6m。設(shè)計(jì)時(shí)，滑板和兒童褲料之間的動(dòng)摩擦因數(shù)取0.4，為使兒童在滑梯游戲時(shí)能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？物理模型解析：方法二：正交分解FfFN 解得 tan =可求得：h=b=0.46m=2.4m以滑梯上正勻速下滑的小孩為研究對(duì)象，受力分析如圖所示，沿平行和垂直于斜面兩個(gè)方向建立直角坐標(biāo)系，把重力G沿兩個(gè)坐標(biāo)軸方向分解為F1和F2。三力平衡轉(zhuǎn)化為四力平衡。GFN FfhbxyF1 F2 生活中常用一根水平繩拉著懸吊重物的繩索來改變或固定懸吊物的位置。如圖所示，懸吊重物的細(xì)繩，其O點(diǎn)被一水平繩BO牽引，使懸繩AO段和豎直方向成角。若懸吊物所受

5、的重力為G，則懸繩AO和水平繩BO所受的拉力各等于多少？解析：確定研究對(duì)象，構(gòu)建模型：結(jié)點(diǎn)O。對(duì)結(jié)點(diǎn)O進(jìn)行受力分析： F1F2F3各種不同解決方法的受力及處理示意圖正交分解法合成法按力的作用效果分解生活中常用一根水平繩拉著懸吊重物的繩索來改變或固定懸吊物的位置。如圖所示，懸吊重物的細(xì)繩，其O點(diǎn)被一水平繩BO牽引，使懸繩AO段和豎直方向成角。若懸吊物所受的重力為G，則懸繩AO和水平繩BO所受的拉力各等于多少？解析：F1F2F3合成法拉力F1與F2的合力與F3等值反向F4=F3 =G【例題2】“風(fēng)力儀”可直接測(cè)量風(fēng)力的大小，其原理如圖所示。儀器中一根輕質(zhì)金屬絲懸掛著一個(gè)金屬球。無風(fēng)時(shí)，金屬絲豎直下

6、垂；當(dāng)受到沿水平方向吹來的風(fēng)時(shí)，金屬絲偏離豎直方向一個(gè)角度。風(fēng)力越大，偏角越大。通過傳感器，就可以根據(jù)偏角的大小指示出風(fēng)力。求風(fēng)力大小F跟金屬球的質(zhì)量m、偏角之間的關(guān)系(重力加速度為g)。選取金屬球?yàn)檠芯繉?duì)象，它受到三個(gè)力的作用，如圖甲所示。金屬球處于平衡狀態(tài)，這三個(gè)力的合力為零?？捎靡韵氯N方法求解。解析：解析：方法二：分解法重力有兩個(gè)作用效果：使金屬球抵抗風(fēng)的吹力和使金屬絲拉緊，所以可以將重力沿水平方向和金屬絲的方向進(jìn)行分解，如圖丙所示，由幾何關(guān)系可得FFmgtan 。方法一：合成法如圖乙所示，風(fēng)力F和拉力FT的合力與重力等大反向，由平行四邊形定則可得Fmgtan 。方法三：正交分解法以金

7、屬球?yàn)樽鴺?biāo)原點(diǎn)，取水平方向?yàn)閤軸，豎直方向?yàn)閥軸，建立坐標(biāo)系，如圖丁所示。由水平方向的合力Fx合和豎直方向的合力Fy合分別等于零，即Fx合FTsin F0Fy合FTcos mg0解得Fmgtan 。確定研究對(duì)象對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析根據(jù)平衡條件，對(duì)研究對(duì)象受到的力進(jìn)行處理，列平衡方程對(duì)平衡方程求解討論解的合理性和實(shí)際意義常見的方法有：正交分解法、合成法、按力的作用效果分解等解答共點(diǎn)力平衡問題的一般步驟【例題3】如圖甲所示，細(xì)繩AD跨過固定的水平輕桿BC右端的定滑輪掛住一個(gè)質(zhì)量為M1的物體，ACB30；圖乙中輕桿HG一端用鉸鏈固定在豎直墻上，另一端G通過細(xì)繩EG拉住，EG與水平方向也成30，在輕

8、桿的G點(diǎn)用細(xì)繩GF拉住一個(gè)質(zhì)量為M2的物體，求：(1)細(xì)繩AC段的張力FTAC與細(xì)繩EG的張力FTEG之比；(2)輕桿BC對(duì)C端的支持力；(3)輕桿HG對(duì)G端的支持力。題圖甲和乙中的兩個(gè)物體M1、M2都處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡的條件，首先判斷與物體相連的細(xì)繩，其拉力大小等于物體的重力；分別取C點(diǎn)和G點(diǎn)為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析如圖甲和乙所示，根據(jù)平衡規(guī)律可求解。解析：(2)圖甲中，三個(gè)力之間的夾角都為120，根據(jù)平衡規(guī)律有FNCFTACM1g，方向與水平方向成30，指向右上方?；瑝K受力如圖所示，由平衡條件知：A2、如圖所示，在傾角為53的斜面上，用沿斜面向上5 N的力拉著重4 N的木塊向上做勻速運(yùn)

9、動(dòng)，則斜面對(duì)木塊的總作用力的方向是 ()A.垂直斜面向上B.水平向左C.沿斜面向下D.豎直向上由于木塊勻速運(yùn)動(dòng)，合力為0，可知斜面對(duì)木塊的作用力與拉力、重力二者的合力等值反向。因拉力在豎直方向上的分力Fsin 534 N，恰好與木塊重力平衡，可知斜面對(duì)木塊的作用力一定與拉力在水平方向的分力平衡，由于拉力在水平方向的分力向右，故斜面對(duì)木塊的作用力方向一定水平向左，B正確。B3、如圖所示，水平面上一物體在與水平面成角斜向右上方的拉力F作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)。以Ff、FN分別表示物體受到的水平面摩擦力、支持力，G表示物體受到的重力，則下列判斷正確的是 ()A.F和G的合力的方向可能水平向右B.F和Ff的

10、合力方向豎直向上C.FN可能為零D.F和Ff的合力可能大于G由水平方向受力平衡可知，物體一定受到水平向左的靜摩擦力Ff的作用，故FN一定不為零，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；物體受四個(gè)力的作用處于平衡，則F和G的合力的方向與FN、Ff的合力方向相反，一定是斜向右下方，A選項(xiàng)錯(cuò)；由于FN、G的合力方向豎直向下，故F和Ff的合力與FN、G的合力方向相反，一定豎直向上，且一定小于G，B選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。B4、在如圖所示的四幅圖中，AB、BC均為輕質(zhì)桿，各圖中桿的A、C端都通過鉸鏈與墻連接，兩桿都在B處由鉸鏈相連接。下列說法正確的是 ()A.圖中的AB桿可以用與之等長(zhǎng)的輕繩代替的有甲、乙B.圖中的AB桿可以用與之等長(zhǎng)的輕繩代