3.5 共点力的平衡（第一课时） 课件-2022-2023学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第三章 相互作用——力 第5节 共点力的平衡 （第一课时） 新教材人教版 物理（必修第一册） 图甲和图丁：共点力 课堂引入 平衡状态 （注意：力的合成、分解都是对共点力的分析计算！） 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 甲、乙、丙、丁四幅图中分别画出了重力为G的木棒在拉力F1和F2的共同作用下处于平衡状态的情境，这些力都位于同一平面内。 请你仔细观察一下四幅图中物体受力的特点，并回答下面的问题： 1.根据每幅图中各个力作用线的几何关系，我们可以把上述四种情况的受力分成两类，请同学们判断一下哪些情况属于同一类？ 2.你的判断依据是什么呢？ 2 G FN 一、共点力平衡的条件 二力平衡条件:大小相等，方向相反 G FN 平衡状态:物体处于静止或者匀速直线运动的状态。 G N f 多个共点力呢？ 三个共点力，使物块保持静止状态，需要满足什么条件？ F f N G 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 生活中，我们见到的处于平衡状态的这些物体，有些是在共点力的作用下，有些则不是。请你根据共点力的概念，思考并判断，下列物体，哪些是在共点力的作用下才处于平衡状态的呢？ 我们首先对物体进行受力分析，书受到的重力和支持力可以认为都是作用在书的重心上，所以，是共点力的平衡问题。静止的水桶、画框、花盆受到的几个力虽然没有作用在物体的同一点，但他们的作用线可以交于一点，也是共点力的平衡问题；匀速直线运动的汽车，受到的重力、支持力、牵引力以及摩擦力都可以认为是作用在汽车的重心上，因此，同样也是共点力的平衡问题。 而在人挑扁担的过程中，扁担静止时，若我们对它进行受力分析，会发现，扁担受到的几个力并没有作用在同一点，而且他们的作用线也不能交于同一点，这显然不是共点力的平衡问题。 这一类的平衡问题，比较复杂，因此，在高中阶段，我们先从简单的共点力的平衡来进行研究，逐步认识平衡问题。 3 公式表示为：F合=0 Fx= 0 Fy= 0 或 共点力平衡条件：合力为零 G N f F f N G 运动学特征：静止或匀速运动状态 保持静止和瞬时速度为0 一、共点力平衡的条件 G N f G’ 注意： 意义不同 如图所示，一架无人机执行航拍任务时正沿直线朝斜向下方向匀速运动。用G表示无人机重力，F表示空气对它的作用力，下列四幅图中能表示此过程中无人机受力情况的是( ) A.  B.  C.  D.  B 一、共点力平衡的条件 【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？ 模型构建 受力分析 二、共点力平衡实例分析 θ A B C G FN Ff 方法一：正交分解法 二、共点力平衡实例分析 解析：沿平行和垂直于斜面两个方向建立直角坐标系。把重力G沿两坐标轴方向分解为F1和F2，这样的分解称为正交分解。 θ A B C G FN Ff x y F1 F2 解：儿童要能滑下，至少合力为零。 对儿童受力分析，建立如图所示坐标系， 得：F1 = Gsinθ ，F2 =Gcosθ 由平衡条件： Fx = F1– Ff = 0 Fy =F2 – FN = 0 又Ff ＝μFN 用l、b和h分别表示AB、AC和BC的长度 其中： sinθ = cosθ = 联立上式并代入数据得： h ＝µb ＝ 0.4×6 m ＝2.4 m 即滑梯至少要2.4 m高，儿童才能从滑梯上滑下。 θ A B C G FN Ff x y F1 F2 二、共点力平衡实例分析 θ 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 FN G G’ Ff A B C θ θ Ff＝μFN G Ff FN 方法二：合成法 二、共点力平衡实例分析 用l、b和h分别表示AB、AC和BC的长度 其中： sinθ = ④ cosθ = ⑤ 解①②③④⑤并代入数据得： h ＝µb ＝ 0.4×6 m ＝2.4 m 即滑梯至少要2.4 m高，儿童才能从滑梯上滑下。 合成法：把物体所受的力合成为两个力，则这两个力大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。 正交分解法：把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为0。 两种方法的特点： 二、共点力