第三章 第5节 共点力的平衡（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修 第一册（人教版2019）

第5节　共点力的平衡 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道什么是共点力。 2．共点力平衡的条件：物体所受合力为0。 3．会用共点力平衡的条件，分析生活和生产中的实际问题。 在二力平衡的基础上，经过科学推理，得出共点力平衡的条件。 能用共点力的平衡条件，分析生产生活中的实际问题，体会物理学知识的实际应用价值。 [对应学生用书P80] 共点力平衡的条件 1．平衡状态：物体受到几个力作用时，如果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。 2．平衡条件：在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0，即F合＝0。 3．共点力平衡的推论 (1)二力平衡：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，则这两个力平衡。 (2)多力平衡：若物体在多个共点力作用下处于平衡状态，则其中任意一个力与其余所有力的合力等大、反向、共线。 (物理与生活)有一种体感车又叫电动平衡车，是利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，并利用伺服控制系统来保持车的平衡，在休闲娱乐中可在非公路上行驶，如图所示。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)若分析人的受力时，只能画人受到的力，其他物体受到的力不能画在该研究对象上。(　　√　　) (2)人处于平衡状态时，受到重力、平衡车对人的支持力和摩擦力共三个力的作用。(　　×　　) (3)人与车匀速行驶在水平地面上时，人处于平衡状态，其加速度为零。(　　√　　) (4)如果人随平衡车冲上一斜坡，则人仍处于平衡状态。(　　×　　) [对应学生用书P80] 探究点一___共点力作用下物体的平衡 大自然的鬼斧神工造就了很多震撼人心的神奇景色，和不一样的美学盛宴。如图所示，“叠石头”就呈现了一种平衡之美。 [问题设计] 图中的各个小石块都处于静止状态，那么石块受力满足什么条件？ 提示：每个石块所受外力的合力都为零。 1．二力平衡：二力平衡时物体所受合力为0。 2.在实际生产生活中，很多情况下物体受到三个力的作用而平衡。据平行四边形定则，只需作出其中任意两个力的合力来代替这两个力，就可以把三力平衡转化为二力平衡。 三力平衡条件：任意两个力的合力与第三个力等大、反向、共线，也就是三力的合力为0。 3．物体受多个力时，任意一个力与其余各力的合力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。 【例1】 (多选)(2023·浙江杭州高一月考)图甲所示的是烤肠机，香肠放置在两根水平的平行金属杆中间，其截面图如图乙所示。假设香肠可视为质量均匀的圆柱体，烤熟后香肠质量不变，半径变大(烤熟前后金属杆静止不动)。忽略摩擦及金属杆的热胀冷缩，则香肠烤熟后与香肠烤熟前相比(　　) 　　 A．金属杆1对其支持力与竖直方向夹角变大 B．金属杆2对其支持力变小 C．每根金属杆对其作用力先变大再变小 D．两根金属杆对其合力不变 BD　解析：对香肠进行受力分析，如图所示。根据对称性有N1＝N2，根据平衡条件有mg＝2N1cos θ＝2N2cos θ，令金属杆之间的距离为d，则sin θ＝，可知半径R变大，则θ减小，由分析可知，N1、N2均减小，A、C错误，B正确；香肠处于静止平衡状态，合力为0，则两根金属杆对其合力不变，始终与重力等大反向，D正确。 三力平衡的受力分析 (1)确定要合成的两个力； (2)根据平行四边形定则作出这两个力的合力； (3)根据平衡条件确定两个力的合力与第三力的关系(等大反向)。 [练1] 物体受到共点力的作用，下列说法正确的是(　　) 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　解析：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，B错误；物体做匀加速直线运动时，所受合力不为零，故不处于平衡状态，D错误。 探究点二___力的正交分解法 1．定义：把一个已知力沿着两个互相垂直的方向进行分解。 2.公式表示为：F合＝0 或 3．正交分解步骤 (1)建立xOy直角坐标系(使尽可能多的力处在坐标轴上)； (2)沿xOy轴将不在轴上的力分解； (3)求x、y轴上的合力Fx、Fy； (4)最后求Fx和Fy的合力F 大小：F＝， 方向：tan θ＝(θ为F与x轴的夹角)。 【例2】 如图所示，运动员在水平地面上进行拉轮胎的负荷训练，若在起动后的一段时间后，运动员用两根轻绳拉着轮胎做匀速直线运动。运动过程中保持两