第三章 第六节 共点力的平衡条件及其应用-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册同步全程学习全书word（粤教版）

第六节　共点力的平衡条件及其应用 [课标引领] 学业质量水平要求 合格考 1.初步形成平衡状态的概念并能解决简单的实际问题. 2.通过对简单的平衡问题分析推理的过程,获得一定的结论. 3.形成与力的平衡相关的初步的相互作用观念. 选择考 1.会运用共点力的平衡条件解决实际问题. 2.能将实际问题中的对象和过程转换成所学的物理模型. 3.通过三角函数、几何关系等对力与平衡问题的分析和推理过程,能从不同角度解决力与平衡问题. 一、共点力的平衡 如图所示为物体或人受到的几个力的示意图,请观察后回答:图中的几个力的作用点分别有什么特点? 答案:图甲中各力的作用点在物体的同一点上,图乙中各力的作用线相交于同一点,图丙中各力既不作用在同一点,作用线也不相交于同一点. 1.共点力 (1)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. (2)为了明确表示物体所受的共点力,在作力的示意图时,可以把这些力的作用点画到它们作用线的公共交点上. 2.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. 3.共点力的平衡 物体如果受到共点力的作用且处于平衡状态,就叫作共点力的平衡. 4.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,叫作共点力的平衡条件. 二、探究共点力的平衡条件 如图所示,著名景点——黄山飞来石独自静止于悬崖之上,它受哪两个力作用?根据初中所学知识可知这两个力是什么关系?这两个力的合力是多少?猜想如果物体在三个或者多个力的作用下处于平衡状态,这些力的合力有什么特点? 答案:重力和支持力;这两个力等大反向作用在同一直线上,是一对平衡力;合力为零;合力为零. 1.二力平衡 二力平衡是指物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,其平衡条件是这两个力的大小相等,方向相反,作用在同一直线上. 2.探究多个共点力的平衡条件 (1)实验过程. 取一个汇力圆环、三根一端带小钩的细绳、三个弹簧测力计,将三个小钩都钩在汇力圆环上. ①如图甲所示,分别将弹簧测力计连接在三根细绳的末端,使汇力圆环在三根细绳的拉力作用下与平板上的定位圆重合. ②用铅笔在平板上记下这三个拉力的大小和方向. ③在平板上用力的图示法画出这三个力F1,F2,F3,如图乙所示. ④用力的平行四边形定则作出F1,F2的合力F,如图丙所示.比较F与F3的大小和方向.作出F2,F3的合力F′,如图丁所示,或者作出F1,F3的合力F″,如图戊所示,然后将合力与另外一个力进行比较. ⑤在保证汇力圆环与定位圆重合的前提下,改变三根细绳的拉力大小和方向,重复上述步骤. (2)实验结论. 大量的实验表明,物体受多个共点力的作用而处于平衡状态时,其平衡条件是所受合力为零. 1.判断正误. (1)作用在同一物体上的几个力一定是共点力.(　×　) (2)共点力一定作用于物体上的同一点.(　×　) (3)处于平衡状态的物体一定处于静止状态.(　×　) (4)某时刻物体的速度为零时,物体一定处于平衡状态.(　×　) (5)物体处于平衡状态时任意方向的合力均为零.(　√　) 2.孔明灯相传是由三国时的诸葛孔明发明的.如图所示,有一盏质量为m的孔明灯升空后向着东北偏上方向沿直线匀速上升,则此时孔明灯处于平衡状态吗?你能求出此时孔明灯所受空气作用力的大小和方向吗? 答案:孔明灯升空后向着东北偏上方向匀速直线运动,合力为零,处于平衡状态;只受重力和空气的作用力,根据平衡条件得到空气的作用力的大小为mg,方向竖直向上. 探究点一　共点力的平衡条件的理解 1.图甲中被鸟踩在脚下静止的石头,图乙中在直斜坡上匀速行驶的汽车,图丙中运动员发球时被竖直抛到最高点的网球,三个物体中处于平衡状态的是哪些?处于平衡状态的物体加速度有何特点? 答案:图甲中的石头和图乙中的汽车处于平衡状态,图丙中的网球速度为零但不是静止状态,故不是平衡状态;处于平衡状态时加速度为零. 2.如图所示,物体在五个共点力的作用下保持平衡.如果撤去力F1,而保持其余四个力不变,请在图上画出这四个力的合力的大小和方向. 答案:其余四个力的合力与F1大小相等、方向相反. 1.“静止”和“v=0”的区别与联系 v=0 总之,平衡状态是指a=0的状态. 2.两种平衡条件的表达式 (1)F合=0. (2),其中和分别是将所受的力进行正交分解后,物体在x轴和y轴方向上所受的合力. 3.由平衡条件得出的三个结论 [例1] 如图所示,一架飞机正沿一直线匀速爬升,飞机除了受到重力以外还受到来自喷射气体的推力、空气阻力、升力等力的作用,请分析除去重力以外的其他外力的合力的方向(　D　) A.沿飞机的速度方向 B.垂直机身方向向上 C.沿飞机速度的反方向 D.竖直向上 解析:由题可知飞机做匀速运动