第三章 第六节 共点力的平衡条件及其应用-2021-2022学年新教材高中物理必修第一册【金版新学案】配套教师用书（粤教版）

第六节　共点力的平衡条件及其应用 课标要点 知识结构 (1)能理解物体的平衡状态，欣赏生活中的“力与平衡”之美． (2)掌握共点力的平衡条件及求解共点力平衡问题的基本方法． (3)能运用共点力的平衡条件分析生产生活中的相关问题，解决一些实际问题． 一、共点力的平衡 1．共点力 如果几个力作用在物体的同一点上(或者几个力的作用线相交于同一点，这几个力就称为共点力(concurrent forces). 2．平衡状态 (1)平衡状态：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(equilibrium state). (2)共点力的平衡：物体受到共点力的作用且处于平衡状态，叫作共点力的平衡． (3)共点力的平衡条件：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． 二、探究共点力的平衡条件 1．二力平衡的条件：二力大小相等，方向相反，即合力为0． 2．共点力平衡的条件：合力为0． (1)若一个物体处于平衡状态，则此物体一定处于静止状态．(　　) (2)物体的速度等于零时，物体一定处于平衡状态．(　　) (3)高空中沿直线匀速飞行的飞机处于平衡状态．(　　) (4)百米赛跑时，运动员在起跑的瞬时处于平衡状态．(　　) (5)物体所受合外力为零时，就一定处于平衡状态．(　　) 答案：　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√ ⊲图解 共点力 “静止”与“v＝0”的区别 (1)物体保持静止状态：说明v＝0，a＝0，物体受合外力为零，物体处于平衡状态． (2)物体运动速度v＝0则有两种可能： ①v＝0，a≠0，物体受合外力不等于零，物体并不保持静止，处于非平衡状态，如上抛到最高点的物体． ②v＝0，a＝0，这种情况与(1)中的静止状态一致． 探究点一　共点力平衡的条件及应用 1．共点力的平衡条件 (1)F合＝0，物体所受到的合外力为零． (2)，其中F合x和F合y分别是将力进行正交分解后，物体在x轴和y轴上所受的合力． 2．由平衡条件得出的三个结论 角度1　平衡状态的理解 物体受到共点力的作用，则下列说法中正确的是(　　) A．速度在某一时刻等于0的物体一定处于平衡状态 B．相对于另一物体保持静止的物体一定处于平衡状态 C．物体所受合力为0时，一定处于平衡状态 D．物体做匀加速直线运动时，一定处于平衡状态 C　[处于平衡状态的物体，在运动形式上是处于静止状态或匀速直线运动状态，从受力上来看，物体所受合力为零，C正确；某一时刻速度为零的物体，受力不一定为零，故不一定处于平衡状态，A错误；某物体相对于另一物体静止时，该物体不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此物体不处于平衡状态，故B错误；物体做匀加速直线运动，所受合力不为零，故不处于平衡状态，D错误．] 角度2　力的平衡条件的应用 如图所示，某个物体在F1、F2、F3、F4四个力的作用下处于静止状态，若F4的方向沿逆时针转过60°而保持其大小不变化，其余三个力的大小和方向不变，则此时物体所受到的合力大小为(　　) A．F4　　　　　　　　　 B．F4 C．2F4 D．无法确定 A　[由共点力的平衡条件可知，F1、F2、F3的合力应与F4等值反向．当F4的方向沿逆时针转过60°而保持其大小不变时，F1、F2、F3的合力的大小仍为F4，但方向与旋转后的F4成120°，由平行四边形定则可得，此时物体所受到的合力大小为F4.] 角度3　共点力作用下平衡问题的求解 (一题多解)在科学研究中，可以用风力仪直接测量风力的大小，其原理如图所示．仪器中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．那么风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间有什么样的关系呢？(重力加速度为g) 解析：　选取金属球为研究对象，它受到三个力的作用，如图甲所示．金属球处于平衡状态，这三个力的合力为零．可用以下三种方法求解． 解法一　力的合成法 如图乙所示，风力F和拉力T的合力与重力等大反向，由平行四边形定则可得F＝mg tan θ. 解法二　效果分解法 重力有两个作用效果：使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧，所以可以将重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解，如图丙所示，由几何关系可得F＝F′＝mg tan θ. 解法三　正交分解法 以金属球为坐标原点，取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立坐标系，如图丁所示．由水平方向的合力F合x和竖直方向的合力F合y分别等于零，即　　 F合x＝T sin θ－F＝0 F合y＝T cos θ－mg＝0 解得F＝mg tan θ. 答案：　F＝mg tan θ 物体平衡问题的解题“五步骤” 　　 [练1]　如图