3.5共点力的平衡-2022-2023学年高一物理精品课件（2019人教版必修第一册）

3.5共点力的平衡 第三章 相互作用——力 晓峰物理 图甲、乙、丙、丁分别画出了重力为G的木棒在力F1和F2的共同作用下处于平衡状态的情况，这些力都位于同一平面内。根据每幅图中各个力作用线的几何关系，可以把上述四种情况的受力分成两类，你认为哪些情况属于同一类？你是根据什么来划分的？ 情景引入 一、共点力平衡的条件 1、平衡状态 匀速直线运动状态 保持静止状态 2、共点力平衡的条件 二力平衡 FN=G 平衡条件：作用在书上的两个力，大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。 F合=0 力的合成 G FN 一、共点力平衡的条件 三力平衡 G F1 F1 F2 F G F 三力平衡 F合=0 二力平衡 力的合成 平衡条件： 等效 验证三力平衡条件 实验结论：物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，所受合力为0 实 验 一、共点力平衡的条件 F2 F3 F4 F1 F23 F123 F1 F4 F23 F123 F4 四力平衡 三力平衡 二力平衡 平衡条件： F合=0 等效 等效 多力平衡 等效 二力平衡 【例题1】在如图所示的甲、乙、丙、丁四图中，滑轮光滑且所受的重力忽略不计，滑轮的轴O安装在一根轻木杆P上，一根轻绳ab绕过滑轮，a端固定在墙上，b端下面挂一个质量为m的重物，当滑轮和重物都静止不动时，甲、丙、丁图中木杆P与竖直方向的夹角均为θ，乙图中木杆P竖直。假设甲、乙、丙、丁四图中滑轮受到木杆P的弹力的大小依次为FA、FB、FC、FD，则以下判断正确的是 (　　) A.FA＝FB＝FC＝FD　B.FD>FA＝FB>FC C.FA＝FC＝FD>FB D.FC>FA＝FB>FD B 解析： 绳上的拉力等于重物所受的重力mg，设滑轮两侧细绳之间的夹角为φ，滑轮受到木杆P的弹力F与滑轮两侧细绳拉力的合力等大反向，即F＝2mgcos，由夹角关系可得FD>FA＝FB>FC，选项B正确。 典例解析 某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？ 物理模型 解析： 方法一：合成法——三力平衡转化为二力平衡 Ff＝μFN 解得 tanθ =μ 由几何关系可得：tanθ 可求得：h=μb=0.4×6m=2.4m 以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图所示， 支持力和摩擦力的合力与重力等值反向 G FN Ff h θ θ b 课本例题1 某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？ 物理模型 解析： 方法二：正交分解 Ff＝μFN 解得 tanθ =μ 由几何关系可得：tanθ 可求得：h=μb=0.4×6m=2.4m 以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图所示， 沿平行和垂直于斜面两个方向建立直角坐标系，把重力G沿两个坐标轴方向分解为F1和F2。三力平衡转化为四力平衡。 G FN Ff h θ θ b x y F1 F2 课本例题1 生活中常用一根水平绳拉着悬吊重物的绳索来改变或固定悬吊物的位置。如图所示，悬吊重物的细绳，其O点被一水平绳BO牵引，使悬绳AO段和竖直方向成θ角。若悬吊物所受的重力为G，则悬绳AO和水平绳BO所受的拉力各等于多少？ 解析： 确定研究对象，构建模型：结点O。对结点O进行受力分析： F1 F2 F3 各种不同解决方法的受力及处理示意图 正交分解法 合成法 按力的作用效果分解 课本例题2 生活中常用一根水平绳拉着悬吊重物的绳索来改变或固定悬吊物的位置。如图所示，悬吊重物的细绳，其O点被一水平绳BO牵引，使悬绳AO段和竖直方向成θ角。若悬吊物所受的重力为G，则悬绳AO和水平绳BO所受的拉力各等于多少？ 解析： F1 F2 F3 合成法 tanθ 拉力F1与F2的合力与F3等值反向 == F4=F3 =G =Gtanθ 课本例题2 【例题2】“风力仪”可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。求风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间的关系(重力加速度为g)。 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。 解析： 典例解析 解析： 方法二：分解法 重力有两个作用效果：使金属球抵抗风的吹力和使