第三章 6 共点力作用下物体的平衡-【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（教科版）

6　共点力作用下物体的平衡 [学习目标] 1.知道共点力作用下物体平衡状态的概念,理解共点力平衡的条件。 2.会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　 知识点一　共点力作用下物体的平衡状态 如果物体保持静止或匀速直线运动状态,我们就说,这个物体处于平衡状态。 知识点二　共点力作用下物体的平衡条件 1.平衡条件:在共点力作用下物体的平衡条件是F合=0。 2.用正交分解法时,平衡条件可写成:Fx合=0,Fy合=0。 1.思考判断 (1)某时刻物体的速度为零时,物体一定处于平衡状态。(　×　) (2)物体处于平衡状态时任意方向的合力均为零。(　√　) (3)相对于另一物体保持静止的物体一定处于平衡状态。(　×　) (4)“复兴”号列车在平直铁路上以350 km/h高速行驶时处于平衡状态。(　√　) (5)合力保持恒定的物体处于平衡状态。(　×　) (6)“嫦娥四号”落月前悬停在距月面100 m处时处于平衡状态。(　√　) 2.思维探究 (1)如果一个物体在某一时刻的瞬时速度为零,则该物体一定处于平衡状态吗? 答案:不一定。如果一个物体较长时间的速度为0,则处于平衡状态;一个物体仅在某一时刻速度为零,有可能受力不为零,比如做自由落体的物体在刚释放时所受合力不为零,因此不处于平衡状态,但瞬时速度为零。 (2)如果一个物体的加速度为零,则该物体一定处于平衡状态吗? 答案:一定。一个物体的加速度为零,说明它处于静止或匀速直线运动状态,即平衡状态。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　 要点一　对共点力的平衡条件的理解 如图所示,著名景点——黄山飞来石独自静止于悬崖之上,它受哪些力作用?这些力大小、方向有何关系?它们的合力有何特点? 答案:受重力和支持力。重力方向竖直向下、支持力方向竖直向上,二力等大、反向,合力为零。 1.“平衡状态”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.由平衡条件得出的三个结论 [例1] 一建筑塔吊如图所示向右上方沿直线匀速提升建筑物料,若忽略空气阻力,则下列有关物料的受力图正确的是(　D　) 解析:由题意可知,物料做匀速直线运动,合力为零,对物料受力分析知,拉力T与重力mg平衡,故D正确. 判断物体是否处于平衡状态,一要看物体是否处于静止或匀速直线运动状态;二要看物体所受的合外力是否为零,或者看物体运动状态是否变化,若运动状态改变,即物体加速度不是零,物体就不处于平衡状态。 [针对训练1] 质量为m的木块沿倾角为θ的斜面匀速下滑,如图所示,那么木块对斜面的作用力方向是(　D　) A.沿斜面向上 B.垂直于斜面向上 C.沿斜面向下 D.竖直向下 解析:木块做匀速直线运动,处于平衡状态,由平衡条件可知其所受合力为零,故斜面对木块的作用力与木块所受重力等大反向,作用力方向竖直向上,由牛顿第三定律,木块对斜面的作用力方向竖直向下,D正确。 要点二　静态平衡问题的处理方法 　如图所示,重物的重力为G,轻绳AO与BO的A、B端是固定的,平衡时AO是水平的,BO与竖直方向的夹角为θ,能否用合成法和分解法求出AO的拉力T1和BO的拉力T2的大小? 答案:选取O点为研究对象,其受力如图甲所示,O点受到三个力的作用,重物对O的拉力大小为G,AO绳的拉力T1,BO绳的拉力T2。 合成法:如图乙所示,T1和T2的合力与重物的重力大小相等,由几何关系可解出两绳拉力大小。 效果分解法:如图丙所示,将重力沿两绳的方向分解,则沿AO、BO绳方向的合力分别为0,由几何关系可解出两绳拉力大小。 正交分解法:如图丁所示,将BO绳拉力T2沿两坐标轴分解,则O点沿两坐标轴的合力分别为0,由此可求出两绳拉力的大小。 方法 内容 合成法 物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反 效果分解法 物体受三个共点力的作用而平衡,将某一个力按力的效果分解,则其分力和其他两个力满足平衡条件 正交分解法 物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,将物体所受的力分解为相互垂直的两组,每组力都满足平衡条件,即Fx合=0,Fy合=0 [例2] 沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在A点(如图),足球的质量为m,网兜的质量不计,足球与墙壁的接触点为B,悬绳与墙壁的夹角为α,重力加速度为g,求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力。 解析:法一　合成法 取足球作为研究对象,其受重力mg、墙壁的支持力F1和悬绳的拉力F2三个共点力作用而平衡,由共点力平衡的条件可知,F1和F2的合力F与mg大小相等、方向相反,即F=mg,从图中力的平行四边形可求得 F1=Ftan α=mgtan α,F2==。 法二　分解法 取足球作为研究对象,其受重力mg、墙壁的支持力F1、悬绳的拉力F2