第三章 第五节　共点力的平衡-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高一物理必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

第五节 共点力的平衡 ► 对应学生用书P82 【课程标准】　能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题。 知识点一 | 平衡状态及平衡条件 　　　　　　　　　　　　　　　　 教材新知梳理 一、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。 二、共点力平衡的条件 1．二力平衡条件：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，那么这两个力平衡。 2．在共点力的作用下物体平衡的条件是合力为0。 关键核心突破 [情境导思] 1．如图所示，物体沿斜面匀速下滑，物体所处的状态是否为平衡状态？ 提示：是平衡状态。 2．如图所示，物体在光滑斜面上速度减为0时，物体所处的状态是否为平衡状态？为什么？ 提示：不是平衡状态。合力不为0。 [要点培优] 1．两种平衡情形 (1)物体在共点力作用下处于静止状态。 (2)物体在共点力作用下处于匀速直线运动状态。 2．平衡条件的表达式 F合＝0⇒ 其中Fx合和Fy合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 题组应用培优 [例1] (2023·江苏高中学业考试)长直木板上表面上静置一物体，木板由水平位置缓慢转至物体恰好在木板上滑动时，物体所受摩擦力Ff与木板倾角θ间关系图像正确的是(　　) 解析：选D。木板由水平位置缓慢抬起时，物体保持相对静止直至恰好在木板上滑动时，根据平衡条件可得摩擦力大小Ff＝mg sin θ，结合数学知识可知D图像符合题意。 [训练] 1.(2023·四川高中学业水平考试)处于平衡状态的物体，下列说法中正确的是(　　) A．一定静止 B．一定做匀速直线运动 C．所受合力一定为零 D．所受合力一定不为零 解析：选C。处于平衡状态的物体可能静止，也可能做匀速直线运动，选项A、B错误；处于平衡状态的物体所受合力一定为零，选项C正确，D错误。 [训练] 2.如图所示，餐厅服务员托举菜盘给顾客上菜。若菜盘沿水平方向匀速向左运动，则(　　) A．手对菜盘的摩擦力方向水平向右 B．菜盘对手的作用力大于手对菜盘的作用力 C．菜盘对手的作用力方向竖直向下 D．手对菜盘的作用力方向斜向左上方 解析：选C。菜盘沿水平方向匀速向左运动，则水平方向和竖直方向都受力平衡，则水平方向手对菜盘无摩擦力作用；竖直方向手对菜盘的作用力即手对菜盘的支持力与菜盘的重力平衡，即手对菜盘的作用力方向竖直向上，菜盘对手的作用力方向竖直向下，菜盘对手的作用力与手对菜盘的作用力是相互作用力，等大、反向，故选C。 知识点二 | 解答共点力平衡的三种方法 　　　　　　　　　　　　　　　　 关键核心突破 [情境导思] 1．滑梯上的小孩所受重力在平行于斜面方向和垂直于斜面方向分别产生什么效果？ 提示：一个是在平行于斜面的方向上，使人沿斜面下滑；另一个是在垂直于斜面的方向上，使人压紧斜面。 2．下图是手机静止吸附在支架上。这款手机支架其表面采用了纳米微吸材料，用手触碰无粘感，接触到平整光滑的硬性物体时，会牢牢吸附在物体上。若手机的重力为G，支架与水平方向的夹角为60°，求手机支架对手机的作用力。 提示：大小等于G；方向竖直向上 [要点培优] 方法 内容 合成法 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，可以据此先求任意两个力的合力 正交分解法 先把物体所受的各个力逐一地分解在两个相互垂直的坐标轴上，再分别对每个坐标轴上的分力逐一进行代数运算。用正交分解法求解共点力平衡问题时，应用了共点力平衡条件： ∑Fx＝F1x＋F2x＋F3x＋…＋Fnx＝0； ∑Fy＝F1y＋F2y＋F3y＋…＋Fny＝0 效果分解法 物体受到几个力的作用处于平衡状态，将某一个力按力的作用效果进行分解，则其分力和其他力在所分解的方向上满足平衡条件 题组应用培优 [例2] 在科学研究中，可以用风力仪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。那么风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间有什么样的关系呢？(重力加速度为g) 解析：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。 方法一：力的合成法　　 如图乙所示，风力F和拉力T的合力与重力等大反向，由平行四边形定则可得F＝mg tan θ。 方法二：效果分解法 重力有两个作用效果：使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧，所以可以将重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解，如