第三章 第6节 共点力作用下物体的平衡（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册（教科版2019）

第6节　共点力作用下物体的平衡 课程内容要求 核心素养提炼 1.探究共点力作用下物体的平衡条件。 2．利用平衡条件解决生活中的实际问题。 1.物理观念：平衡状态、平衡条件。 2．科学探究：探究共点力作用下物体的平衡条件。 3．科学思维：合成法、正交分解法。 4．科学态度与责任：利用平衡条件解决生活中的实际问题。 [对应学生用书P94] 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．共点力平衡的条件：物体受到合力为零．即F合＝0。 [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)共点力一定作用于物体上的同一点。(×) (2)竖直上抛的物体上升至最高点时v＝0，是平衡状态。(×) (3)若某物体所受的合力为零，则物体一定处于静止状态。(×) [对应学生用书P94] 探究点一　共点力的平衡条件的理解及应用 如图所示： (1)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？这些力的大小、方向有何关系？它们的合力有何特点？ 提示　受重力和支持力，大小相等、方向相反，合力为零。 (2)高铁列车在水平轨道上匀速前进，它受哪些力作用？它们的合力有何特点？ 提示　受重力、支持力、牵引力和阻力，这四个力的合力为零。 1．共点力的平衡条件：合力等于0，即F合＝0。 正交分解表示法 其中，Fx合和Fy合分别表示物体在x轴和y轴上所受的合力。 2．平衡条件的推论 (1)二力平衡：若物体在两个力作用下处于平衡状态，则这两个力一定等大、反向。 (2)三力平衡：若物体在三个共点力作用下处于平衡状态，则任意两个力的合力与第三个力等大、反向。 (3)多力平衡：若物体在n个共点力作用下处于平衡状态，则其中任意一个力必定与另外(n－1)个力的合力等大、反向。 [特别提醒]　“静止”和“v＝0”不是一回事， v＝0 关于平衡状态，下列说法正确的是(　　) A．当物体的速度等于零时，物体处于平衡状态 B．运动的物体一定不处于平衡状态 C．若物体的运动状态保持不变，则物体处于平衡状态 D．当物体处于平衡状态时，一定不受外力作用 C　[物体处于平衡状态是指物体保持静止或做匀速直线运动的状态，即物体的运动状态保持不变，C正确，B错误；当物体的速度等于零时，物体不一定静止，如做竖直上抛运动的物体到达最高点时，就不处于平衡状态，A错误；不受外力作用的物体是不存在的，物体处于平衡状态是因为所受的合外力为零，D错误。] [训练1]　(多选)下列运动项目中的运动员处于平衡状态的是(　　) A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时 B．蹦床运动员在空中上升到最高点时 C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内 D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时 ACD　[物体处于平衡状态的条件是F合＝0，蹦床运动员在最高点时v＝0，但是受重力的作用，合外力不为0，故不是处于平衡状态，B错误。] [训练2]　如图所示，一箱苹果静止在倾角为θ的斜面上。在箱子的中央有一个质量为m的苹果，它受到周围苹果对它的作用力的方向为(　　) A．沿斜面向上 B．沿斜面向下 C．竖直向上 D．垂直于斜面向上 C　[箱子中央的苹果受重力和周围苹果的作用力而处于平衡状态，故周围苹果对它的作用力与它受到的重力等大反向，即竖直向上，C正确。] 探究点二　解答共点力平衡问题的三种常用方法 1．合成法 物体在三个共点力作用下处于平衡时，将其中的任意两个力合成，其合力一定与第三个力平衡，从而把三力平衡问题转化为二力平衡问题。 2．分解法 物体在三个共点力作用下处于平衡时，将其中任意一个力沿其他两个力的反方向分解，则每个方向上的一对力大小相等、方向相反，从而把三力平衡问题转化为两个方向上的二力平衡问题。 3．正交分解法 物体在三个或三个以上的共点力作用下处于平衡状态时，将物体受到的各个力均向两个互相垂直的方向上分解，然后分别在这两个方向上列平衡方程，此时平衡条件可表示为Fx合＝0，Fy合＝0。 “风洞实验”是指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。“风力仪”可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，且风力越大，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　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