第4章 第3节 共点力的平衡（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（鲁科版2019）

第四章 力与平衡 第3节　共点力的平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 栏目索引 课前 自主学习 课堂 互动探究 课堂 达标训练 课前 自主学习 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 × √ × × 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 课堂 互动探究 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 课堂 达标训练 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第四章 力与平衡 谢谢观看！ 核心素养 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． 能运用数学中的三角函数、几何关系等不同角度对力与平衡的问题进行分析和推理，获得结论． 能欣赏“力与平衡”之美，能做到实事求是，坚持自己的观点，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． 知识点一 物体的平衡状态及平衡条件 1．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． 2．共点力的平衡条件：合力为0，即F合＝0. 3．力的平衡：作用在物体上的几个共点力的合力为0，这种情况叫力的平衡． 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．高空中沿直线匀速飞行的飞机处于平衡状态．(　 　) 3．百米赛跑时，运动员在起跑的瞬时处于平衡状态．(　 　) 4．所受合外力保持恒定的物体处于平衡状态．(　 　) 探究点一　物体的平衡状态　(运动观念之形成) ►情境探究 走钢丝是一项惊险刺激的表演和挑战，对人的平衡能力要求很高． 人在钢丝上缓慢的匀速走动时受几个力的作用？人受的这几个力作用效果有什么特点？ 提示：人受重力和钢丝的弹力．这两个力是一对平衡力，合力大小为0，人处于平衡状态． ►探究归纳 1．从运动学的角度理解平衡状态：处于平衡状态的物体静止或做匀速直线运动，即处于平衡状态的物体加速度为零；反过来说，加速度为零的物体一定处于平衡状态． 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，反过来说，物体受到的合外力为零，它一定处于平衡状态． ►对点例练 关于平衡状态，下列说法正确的是(　　) A．做自由落体运动的物体，在最高点时处于平衡状态 B．木块放在斜面体的斜面上，随斜面体一起向右匀速运动，木块处于平衡状态 C．木块放在斜面体的斜面上，随斜面体一起向右匀加速运动，木块处于平衡状态 D．静止在匀加速运动的列车内的水平桌面上的杯子，处于平衡状态 B　解析：做自由落体运动的物体在最高点时，速度虽为零，但所受合力不为零，不是平衡状态，A错误；木块与斜面体相对静止，若整体做匀速直线运动，则木块处于平衡状态，若整体做匀加速直线运动，则木块也具有加速度，不处于平衡状态，B正确，C错误；列车、桌子与杯子整体做匀加速运动，杯子也具有加速度，不处于平衡状态，D错误． [训练1] (多选)共点的n个力平衡，则下列说法中正确的是(　　) A．其中(n－1)个力的合力与第n个力等大反向 B．其中三个力的合力与其余的(n－3)个力的合力等大反向 C．n个力合力为零 D．撤去其中的(n－2)个力，物体一定不平衡 ABC　解析：n个共点力平衡，则这n个力的合力为零，其中(n－1)个力的合力与第n个力等大反向，其中三个力的合力与其余的(n－3)个力的合力等大反向，A、B、C正确；撤去其中的(n－2)个力，剩余两力，这两个力的合力有可能仍为零，则D错误． 探究点二　共点力的平衡条件及应用　(运动观念之形成) ►要点归纳 1．共点力的平衡条件 如果物体同时受到多个互成角度的共点力作用，当共点力的合力为零时，物体处于平衡状态．即共点力的平衡条件是合力为零．此时在两个相互垂直的方向上的合力也必然为零，即Fx合＝0，Fy合＝0. 2．平衡条件的常用推论 (1)二力平衡条件：两个共点力大小相等、方向相反，作用在同一直线上． (2)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． (3)物体在n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． 3．应用平衡条件解题的步骤 (1)明确研究对象(物体、质点或绳的结点等). (2)分析研究对象所处的运动状态，判定物体是否处于平衡状态． (3)对研究对象进行受力分析，并画出受力示意图． (4)建立合适的坐标系，应用共点力的平衡条件，选择恰当的方法列出平衡方程． (5)求解方程，并讨论结果． ►对点例练 (多选)(2021·山东威海市检测)将一重为G的圆柱形工件放在“V”形槽中，如图所示，槽的两侧面与水平面的夹角相同，“V”形槽两侧面的夹角为120°.当槽的棱与水平面的夹角为30°时，工件恰好能够匀速下滑，则(　　) A．工件对槽每个侧面的压力均为 eq \f(G,2) B．工件对槽每个侧面的压力均为 eq \f(\r(3)G,3) C．工件与槽间的动摩擦因数为 eq \f(1,2) D．工件与槽间的动摩擦因数为 eq \f(\r(3),2) AC　解析：AB．工件的重力可以分解为沿槽顶方向向下的分力Gsin 30°与垂直于槽顶方向的分力Gcos 30°，如图： 垂直于槽顶方向的分力Gcos 30°又进一步分解为两个挤压斜面的压力，如图： 由几何关系可知2F1cos 30°＝ eq \f(\r(3)G,2) 解得F1＝F2＝ eq \f(G,2) 选项A正确，B错误；CD．此时沿槽顶方向的分力Gsin 30°与圆柱体和槽之间的摩擦力大小相等，有Ff＝2μF1＝Gsin 30° 解得μ＝ eq \f(1,2) 选项C正确，D错误．故选AC． [训练2] (多选)(2021·曲靖市第二中学高一期末)如图所示，三个物块重均为150 N，小球P重30 N，作用在物块2的水平力F＝30 N，整个系统处于静止状态，则(　　) A．1和2之间的摩擦力是20 N B．2和3之间的摩擦力是30 N C．物块3受5个力作用 D．3与桌面间摩擦力为30 N BC　解析：A．对物体1受力分析 1与2之间无相对运动趋势，故摩擦力为零，故A错误； B．对物体2受力分析如图 由平衡条件可知2和3之间的摩擦力30 N，故B正确； CD．对绳结点受力分析如图 再对物体3受力分析有 由共点力平衡条件可知物块3受到五个力的作用，因为水平方向2和3之间的摩擦力与绳子拉力平衡，故不受桌面的摩擦力，故C正确，D错误；故选BC． 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任) [训练3] ( 生活情境)(2021·湖北武汉高一期末)如图所示，用长度为30 cm的轻绳悬挂盆景，已知圆形花盆的总质量为2 kg，直径为36 cm，绳能承受的最大拉力为8 N，重力加速度g＝10 m/s2，则轻绳至少要用(　　) A．3根　　　B．4根　　　C．5根　　　D．6根 B　解析：每根绳子与竖直方向的夹角为 sin θ＝ eq \f(d,2l) ＝ eq \f(36,2×30) ＝0.6 则cos θ＝0.8 由平衡知识可知mg＝nT cos θ 解得n＝ eq \f(mg,T cos θ) ＝ eq \f(20,8×0.8) ＝3.125 则轻绳至少要用4根．故选B． [训练4] (生活情境)(2021·浙江高二期中)某同学参加“筷子夹玻璃珠”游戏．如图所示，夹起玻璃珠后，左侧筷子与竖直方向的夹角θ为锐角，右侧筷子竖直，且两筷子始终在同一竖直平面内．保持玻璃珠静止，忽略筷子与玻璃珠间的摩擦．下列说法正确的是(　　) A．两侧筷子对玻璃珠的合力比重力大 B．筷子对玻璃珠的作用力是由于玻璃珠的形变产生的 C．右侧筷子对玻璃珠的弹力一定比玻璃珠的重力大 D．左侧筷子对玻璃珠的弹力一定比玻璃珠的重力大 D　解析：A．由于玻璃珠处于静止状态，两侧筷子对玻璃珠的合力与重力等大反向，A错误；B．筷子对玻璃珠的作用力是由于筷子的形变产生的，B错误；C．对玻璃珠进行受力分析可知F左sin θ＝mg F左cos θ＝F右 可得F左＝ eq \f(mg,sin θ) F右＝ eq \f(mg,tan θ) 由于θ为锐角，因此左侧筷子对玻璃珠的弹力一定比玻璃珠的重力大，而右侧筷子对玻璃珠的弹力与玻璃珠的重力大小关系无法确定，C错误，D正确．故选D． A组 学业基础练 1.一个物体在下列三个共点力的作用下，有可能保持平衡状态的是(　　) A．2 N、4 N、1 N　　　 B．5 N、5 N、5 N C．1 N、3 N、5 N D．1 N、2 N、6 N B　解析：A．2 N和4 N两个力的合力范围是2 N≤F合≤6 N 而第三个力1 N不在此范围内，则这三个共点力的合力不能为零，物体在这三个共点力作用下，不可能保持平衡状态，A错误； B．5 N和5 N两个力的合力范围是0≤F合≤10 N 而第三个力5 N在此范围内，则这三个共点力的合力可能为零，物体在这三个共点力作用下，可能保持平衡状态，B正确； C．1 N和3 N两个力的合力范围是2 N≤F合≤4 N 而第三个力5 N不在此范围内，则这三个共点力的合力不能为零，物体在这三个共点力作用下，不可能保持平衡状态，C错误； D．1 N和2 N两个力的合力范围是1 N≤F合≤3 N 而第三个力6 N不在此范围内，则这三个共点力的合力不能为零，物体在这三个共点力作用下，不可能保持平衡状态，D错误．故选B． 2．生活中可以见到如图所示甲、乙两种拉箱子的方式，为了研究两种方式下的拉力大小，将其简化为如丙、丁所示的模型．若质量为m的箱子与地面间动摩擦因数为μ，当拉力方向与水平面夹角为θ时，箱子恰好做匀速直线运动，此时拉力大小为F，若拉力方向水平，则箱子做匀速直线运动时拉力大小为F′，则F′∶F的值为(　　) A．μcos θ＋sin θ B．cos θ＋μsin θ C．cos θ D．μsin θ B　解析：根据平衡条件得F cos θ＝μFN FN＋F sin θ＝mg F′＝μmg 解得F′：F＝cos θ＋μsin θ 故选B． 3．(2021·山西晋中高一期末)春节即将来临，家家户户张灯结彩．如图所示，质量为m的灯笼通过轻细线AO和BO一端固定在屋檐上、一端固定在竖直墙壁上．灯笼静止时AO与水平面的夹角为θ，BO是水平的．则此时AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小为(　　) A．F1＝mg sin θ B．F1＝ eq \f(mg,cos θ) C．F2＝mg cos θ D．F2＝ eq \f(mg,tan θ) D　解析：对结点O受力分析，由正交分解法可知 F1cos θ＝F2 F1sin θ＝mg 解得F1＝ eq \f(mg,sin θ) F2＝ eq \f(mg,tan θ) 故选D． 4．(2021·兰州市第二十七中学高一期末)如图所示，BC是一轻杆，可绕C点转动，AB是一连接在墙壁和杆上的轻绳，在杆的B点悬挂一个定滑轮，某人用它匀速地提起重物，重物质量为40 kg，人的质量为60 kg，求： (1)此时地面对人的支持力是多大？ B组 等级提升练 (2)轻杆BC、水平绳AB所受的力各是多大？(绳子和滑轮的质量、绳子和滑轮的摩擦及杆的质量均忽略不计，g取10 m/s2) 解析：(1)对重物由平衡条件可得T＝m1g＝400 N 对人由平衡条件得N＋T＝m2g 联立解得N＝m2g－T＝60×10 N－400 N＝200 N 则地面对人的支持力为200 N. (2)受力分析如图 杆BC受力为 FBC＝ eq \f(2T,sin 30°) ＝ eq \f(2×400,\f(1,2)) N＝1 600 N 水平绳AB所受的拉力为FAB＝2Tcos 30°＝800 eq \r(3) N 答案：(1)200 N；(2)1 600 N，800 eq \r(3) N $$