3.5 共点力的平衡 课件 -2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第三章 相互作用—力 人教版（2019）高中物理必修第一册 主讲人： 第5节 共点力的平衡 CONTENTS 01 物体的平衡状态 02 共点力 03 目录 共点力平衡条件 2 01 物体平衡状态 共点力平衡 3 思考： 保持静止或匀速直线运动状态的物体的加速度为多少？ 物体处于平衡状态时 a = 0 注意：物理学中有时出现”缓慢移动”也说明物体处于平衡状态. 温故知新 物体的平衡状态 静止的书 匀速直线运动的汽车 静止的画框 静止的水桶 静止的花盆 静止的扁担 物体的平衡状态 5 图甲、乙、丙、丁分别画出了重力为G的木棒在力F1和F2的共同作用下处于平衡状态的情况，这些力都位于同一平面内。根据每幅图中各个力作用线的几何关系，可以把上述四种情况的受力分成两类，你认为哪些情况属于同一类？你是根据什么来划分的？ 思考与讨论 几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线交于一点，这几个力叫作共点力。 共点力 几个力作用于同一点 几个力的作用线交于同一点 几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点，这几个力叫作共点力。 乙、丙 非共点力 G FN G F1 F2 G F1 F2 G F1 F2 F3 F1 F2 F 静止的书 静止的水桶 静止的花盆 静止的扁担 思考：下列哪些物体在共点力的作用下处于平衡状态？ FN G F Ff 静止的画框 匀速直线运动的汽车 A B C D E F 9 思考：物体在共点力的作用下一定处于平衡状态吗？ 在加速上升电梯中的书 G FN 10 共点力的平衡条件 G FN G F1 F2 G F1 F2 G F1 F2 F3 静止的书 静止的水桶 静止的花盆 FN G F Ff 静止的画框 匀速直线运动的汽车 受共点力的物体在什么条件下才会保持平衡呢？ 11 02 共点力平衡的条件 共点力平衡 12 回顾：初中关于二力平衡的条件是如何描述的？ 共点力的平衡条件 G FN 二力平衡 二力平衡 平衡条件：作用在书上的两个力，大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。 共点力的平衡条件 G FN 二力平衡 FN=G F合=0 力的合成 F1 F2 F1 F2 G 思考：三力平衡的条件是什么？如何处理三力平衡问题？ F 三力平衡 力的合成 二力平衡 平衡条件： F合= 0 共点力的平衡条件 等效替代 设计实验：验证共点力作用下物体的平衡条件 建立模型 实验目的：验证物体在三个共点力作用下平衡时，合力为0. F1 F2 G 问题1：实验中需要记录哪些数据？ 实验目的：验证物体在三个共点力作用下平衡时，合力为0. 设计实验：验证共点力作用下物体的平衡条件 问题2：如何处理记录的信息？ 问题3：得到什么样的结果才能说明共点力平衡条件是 F合= 0？ 问题4：实验的主要误差来源是什么？ 验证共点力作用下物体的平衡条件 实验结论： 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时， F合= 0. 共点力的平衡条件 若是四个共点力、五个共点力……其平衡条件又是怎样的呢？ 如果也能转换成二力平衡就好了！ 20 F2 F3 F4 F1 F23 F123 F1 F4 F23 F123 F4 四力平衡 三力平衡 二力平衡 等效 等效 平衡条件： F合=0 共点力的平衡条件 21 思考讨论：N个共点力的平衡条件是什么？ 任意（N-1）力的合力都与第N个力大小相等方向相反则N个共点力平衡。 N个共点力的平衡条件是：N个共点力合力为零或 F合= 0 在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0 共点力的平衡 如图所示，物体在五个共点力的作用下保持平衡。如果撤去力F1，而保持其余四个力不变，请在图上画出这四个力的合力的大小和方向。 F 二力平衡 多力平衡 合力为0 做一做 同学们，经过刚才的讨论与学习，你有没有对共点力的平衡有了进一步的体会与思考呢？ 接下来，通过一个小练习来检验一下大家的学习成果吧？ 如图所示，物体在五个共点力的作用下保持平衡。如果撤去力F1，而保持其余四个力不变，请在图上画出这四个力的合力的大小和方向。 请同学们在学习任务单中尝试画出这四个力的合力。 图中，物体在五个共点力的作用下保持平衡，它们的合力为0，所以其中任意四个力的合力一定与第五个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 根据题意，对于力F1，除F1以外的其他四个力的合力F与F1必定是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上的，如图所示。即使撤去力F1，其他四个力的大小和方向都不变，因此，他们此时的合力仍旧为F，大小等于F1，方向与F1反向。 同学们，你做对了吗？ 23 共点力的平衡条件 共点力平衡条件的另一种解读 F32 F31 F1 F2 F3 根据实际情况把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为0. ∟ F1和F2不垂直可以分解吗？ 共点力的平衡条件 共点力平衡条件的另一种解读 F 其中任何一个力与其余力的合力等大、反向、共线 【例题1】某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？ 模型构建 G Ff A B C FN 受力分析 课本例题 A B C 方法一：正交分解法 Ff GX FNGY Ff＝μFN 解得 tanθ =μ 由几何关系可得：tanθ 可得：h=μ·AC=0.4×6m=2.4m 以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图： 沿平行和垂直于斜面两个方向建立直角坐标系，把重力G沿两个坐标轴方向分解为GX和GY 。三力平衡转化为四力平衡。 G FN Ff θ θ x y GX GY 以滑梯上正匀速下滑的小孩为研究对象，受力分析如图所示， 支持力和摩擦力的合力与重力等值反向 方法二：合成法 FN G G’ Ff A B C θ θ Ff FN Ff＝μFN 解得 tanθ =μ 由几何关系可得：tanθ 可得：h=μ·AC=0.4×6m=2.4m G Ff FN 合成法：把物体所受的力合成为两个力，则这两个力大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。 正交分解法：把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为0。 两种方法的特点： ⑴确定研究对象 ⑵对研究对象进行受力分析，并画出受力示意图。 ⑶根据平衡条件，对研究对象受到的力进行处理，列平衡方程 ⑷对平衡方程求解 常见的方法有：正交分解法、合成法、力的三角形法等 解答共点力平衡问题的一般步骤 要点总结 F 问题1：选取的研究对象是哪个物体呢？ 【例题2】 如图悬吊重物的细绳，其O点被一水平绳BO牵引，使悬绳AO段和竖直方向成θ角。若悬吊物所受的重力为G，则悬绳AO和水平绳BO所受的拉力各等于多少？ G 选取O点为研究对象 典例解析 31 F3 F2 F1 问题2：O点都受到哪些力呢？ 2.如图悬吊重物的细绳，其O点被一水平绳BO牵引，使悬绳AO段和竖直方向成θ角。若悬吊物所受的重力为G，则悬绳AO和水平绳BO所受的拉力各等于多少？ 典例解析 32 F3 F2 F1 问题3：这些力之间有怎样的关系呢？ F1、F2与F3合力为0 2.如图悬吊重物的细绳，其O点被一水平绳BO牵引，使悬绳AO段和竖直方向成θ角。若悬吊物所受的重力为G，则悬绳AO和水平绳BO所受的拉力各等于多少？ 典例解析 33 F3 F2 F1 F5 F3 F2 F1 F6 对于三力平衡问题，可以选择任意的两个力进行合成。 F3 F2 F1 F4 甲 乙 丙 典例解析 34 F3 F1 F2 F3与重力G大小相等， F4 F4是F1和F2的合力，则： 根据三角函数的知识，可得： 合成法 典例解析 35 F3 F1 F2 正交分解法 是否可以从其他角度求解问题？ 典例解析 36 F3 F1 F2 共点力平衡的物体所受合力为0。 因此把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为0。 正交分解法 典例解析 37 F3 F1 F2 x y F1y F1x 典例解析 38 共点力的平衡 几个力都作用在物体的同一点上， 或几个力的作用线相交于同一点，这几个力就称为共点力。 物体处于静止或匀速直线运动的状态叫作平衡状态，处于平衡状态的物体加速度a = 0 在共点力作用下物体平衡的条件是：合力为0 得出结论 应用 利用平衡条件解题的一般步骤 条件 随堂小结 39 $$