第4章 第3节 共点力的平衡-【金版新学案】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（鲁科版2019）

第3节　共点力的平衡

【核心素养目标】

一、物体的平衡状态

物理学中，把物体静止或做匀速直线运动时所处的状态称为平衡状态。

二．共点力的平衡条件

1．物体的平衡条件：共点力作用下物体的平衡条件是合力为0，即F合＝0。

2．力的平衡：若作用在物体上的几个共点力的合力为0，这种情况叫作力的平衡。

1．判断正误

(1)若一个物体处于平衡状态，则此物体一定处于静止状态。(×)

(2)物体的速度等于零时，物体一定处于平衡状态。(×)

(3)高空中沿直线匀速飞行的飞机处于平衡状态。(√)

(4)百米赛跑时，运动员在起跑的瞬时处于平衡状态。(×)

(5)物体所受合外力为零时，就一定处于平衡状态。(√)

2．链接实景

如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：　手机处于静止状态，手机受到竖直向下的重力和纳米材料的作用力(支持力、吸引力和摩擦力的合力)，故纳米材料对手机的作用力竖直向上，大小等于G。

知识点一　对平衡状态及平衡条件的理解

(1)如果处于平衡状态下的物体受二个力或者三个力或者是多个力的作用，力与力之间有什么关系呢？

(2)由以上可以得出物体要保持平衡状态必须满足什么条件？

提示：　(1)当物体受到二个力处于平衡时，这两个力等大反向，如图所示。

当物体受到三个力或多个力处于平衡时，某一个力与其余的力的合力等大反向。

(2)物体在共点力作用下的平衡条件是所受合外力为零，即F合＝0。

1．从运动学的角度理解平衡状态

(1)平衡状态指的是物体处于静止或匀速直线运动状态。

(2)对静止的理解：静止与速度v＝0不是一回事。物体保持静止，说明v＝0，a＝0，两者同时成立。若仅是v＝0，a≠0，如上抛到最高点的物体，此时物体并不能保持静止，也就并非处于平衡状态。

2．从动力学的角度理解平衡状态

处于平衡状态的物体所受的合外力为零，反过来物体受到的合外力为零，它一定处于平衡状态。

3．平衡条件的四个常用推论

(1)二力平衡条件：这两个共点力大小相等、方向相反。

(2)三个力平衡条件：三个共点力平衡时，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反，而且在同一条直线上。

(3)物体在n个共点力同时作用下处于平衡状态时，这些力在任何一个方向上的合力均为零。其中任意(n－1)个力的合力必定与第n个力等值反向，作用在同一直线上。

(4)物体在多个共点力作用下处于平衡状态时，各力首尾相接必构成一个封闭的多边形。

如图所示，某个物体在F1、F2、F3、F4四个力的作用下处于静止状态，若F4的方向沿逆时针转过60°而保持其大小不变化，其余三个力的大小和方向不变，则此时物体所受到的合力大小为(　　)

A．F4　　　　　　　　　 B．F4

C．2F4     D．无法确定

A　[由共点力的平衡条件可知，F1、F2、F3的合力应与F4等值反向。当F4的方向沿逆时针转过60°而保持其大小不变时，F1、F2、F3的合力的大小仍为F4，但方向与旋转后的F4成120°，由平行四边形定则可得，此时物体所受到的合力大小为F4。]

“静止”与“v＝0”的区别

(1)物体保持静止状态：说明v＝0，a＝0，物体受合外力为零，物体处于平衡状态。　　

(2)物体运动速度v＝0则有两种可能：

①v＝0，a≠0，物体受合外力不等于零，物体并不保持静止，处于非平衡状态，如上抛到最高点的物体。

②v＝0，a＝0，这种情况与(1)中的静止状态一致。

针对练1．(多选)共点的五个力平衡，则下列说法中正确的是(　　)

A．其中四个力的合力与第五个力等大反向

B．其中三个力的合力与其余的两个力的合力等大反向

C．五个力合力为零

D．撤去其中的三个力，物体一定不平衡

ABC　[共点的五个力平衡，则五个力的合力为零，C正确。任意三个力或四个力的合力与其余的两个力或第五个力一定等大反向，A、B正确。撤去其中三个力，剩余两个力的合力可能为零，物体可能平衡，D错误。]

针对练2．物体受到共点力的作用，则下列说法中正确的是(　　)

A．速度在某一时刻等于零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．物体所受合力为零就一定处于平衡状态

D．物体做匀加速运动时一定处于平衡状态

C　[处于平衡状态的物体，在运动形式上处于静止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，所受合力不一定为零，故不一定处于平衡状态，A错误；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，则该物体处于非平衡状态，故B错误；物体做匀加速运动，所受合力不为零，故不处于平衡状态，D错误。]

知识点二　共点力作用下平衡问题的求解

如图所示，重物的重力为G，轻绳AO与BO的A，B端是固定