第3章 5 共点力的平衡(课件PPT)-【精讲精练】2025-2026学年高中物理必修第一册（人教版 江苏专版）

5　共点力的平衡 第三章　相互作用——力 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 预习案 必备知识•问题导学 01 探究案 关键能力•互动探究 02 提升案 随堂演练•基础落实 03 知能达标训练 04 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 预习案 必备知识•问题导学 栏目导航 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 同一点 作用线 静止 匀速直线运动 相等 相反 0 0 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 探究案 关键能力•互动探究 栏目导航 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 提升案 随堂演练•基础落实 栏目导航 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 知 能 达 标 训 练 栏目导航 点击进入Word 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 谢谢观看 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 [学业要求与核心素养] 物理观念 知道共点力、平衡状态的概念，知道共点力的平衡条件。 科学思维 1．会用合成法和正交分解法解答共点力的平衡问题。 2．掌握动态平衡问题的分析方法。 阅读教材，并回答： 1．根据下面每幅图中各个力的作用线的几何关系，可以把五种情况的受力分成两类，你认为哪些情况属于同一类？ 答：甲、乙、丙属一类，丁属一类。 答：所受合力为零。任意两个力的合力与第三个力等大反向。 2．小鸟静止在树枝上，它受哪些力的作用？这些力的大小、方向有何关系？其合力是多少？ 答：两个力。这两个力大小相等、方向相反。合力是零。 3．如果物体受到三个不在一条直线上的共点力的作用，怎样才能保持平衡？可得出什么结论？ [概念·规律] 共点力的平衡条件 共点力 一个物体受到的几个力共同作用在__________上，或它们的________交于一点，这样的一组力叫作共点力 平衡状态 物体保持________或________________的状态 共点力的平衡条件 (1)二力平衡的条件：作用在物体上的两个力大小________、方向________，并且在同一条直线上，二力的合力为______； (2)多力平衡的条件：物体所受合外力为______ (1)物体的速度为零即处于平衡状态。(　　) (2)物体处于平衡状态时，其加速度一定为零。(　　) (3)物体受两个力处于平衡状态，这两个力必定等大反向。(　　) (4)物体处于平衡状态时，其所受的作用力必定为共点力。(　　) (5)物体受三个力F1、F2、F3作用处于平衡状态，若将F2转动90°，则三个力的合力大小为F2。(　　) (6)作用在同一物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，且在同一直线上，这两个力一定平衡。(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√ 探究点一　共点力的平衡条件 共点力作用下物体的平衡条件 (1)F合＝0。 (2)正交表示法，其中F合x和F合y分别是将力进行正交分解后，物体在x轴和y轴上所受的合力。 (教材本节练习与应用第1题变式)如图所示，五个共点力的合力为0，现在保持其他力不变，进行如下操作，其中正确的是(　　) A．如果撤去F1，物体所受的合力大小为2F1，方向与F1方向相反 B．如果将F5逆时针旋转90°，合力大小将变为2F5 C．如果将F2减半，合力大小为 D．如果将F5逆时针旋转180°，合力大小将变为3F5 [解析]　物体在五个共点力作用下保持平衡，F1与其余四个力的合力大小相等，方向相反。如果撤去F1，物体所受的合力大小为F1，方向与F1方向相反，故A错误；物体在五个共点力作用下保持平衡，F5与其余四个力的合力大小相等，方向相反，如果将F5逆时针旋转90°，根据平行四边形定则，合力为F＝F5，故B错误；物体在五个共点力作用下保持平衡，F2与其余四个力的合力大小相等，方向相反，如果将F2减半，物体不再平衡，合力大小为F＝F2－F2＝F2，故C正确；物体在五个共点力作用下保持平衡，F5与其余四个力的合力大小相等，方向相反，如果将F5逆时针旋转180°，合力大小将变为F＝F5＋F5＝2F5，故D错误。 [答案]　C 　在例题中，物体在五个共点力的作用下保持平衡，其中F1大小为10 N。如果绕作用点旋转力F1，而保持其余四个力大小、方向都不变，那么这五个力的合力的大小可能为(　　) A．30 N　 B．21 N　 　 C．24 N　 D．7 N 解析　在五个共点力的作用下处于平衡，则其余四个共点力的合力与第五个力等大反向，把F1的方向旋转而保持其大小不变，则其余四个力的合力与这个力合力范围0≤F≤20 N，故选D。 答案　D 1．物体受到共点力的作用，下列说法正确的是(　　) A．速度在某一时刻等于0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0时，一定处于平衡状态 D．物体运动时若速率不变，一定处于平衡状态 解析　处于平衡状态的物体，在运动形式上是处于静止状态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，受力不一定为零，故不一定处于平衡状态，A错误；某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，此物体不处于平衡状态，故B错误；物体运动速度大小不变但方向变化，所受合力不为零，故不处于平衡状态，D错误。 答案　C 探究点二　平衡问题的分析方法 1．合成法 (1)合成法常用于分析三力作用下的物体的平衡问题。 (2)物体在三力作用下处于平衡状态时，其中任意两个力的合力与第三个力等大反向。 2．正交分解法 物体受到三个或三个以上力的作用而平衡，将物体所受的力分解到相互垂直的x、y轴上，则x(或y)轴上各分力的合力为零。 (2024·湖北卷)如图所示，两拖船P、Q拉着无动力货船S一起在静水中沿图中虚线方向匀速前进，两根水平缆绳与虚线的夹角均保持为30°。假设水对三艘船在水平方向的作用力大小均为f，方向与船的运动方向相反，则每艘拖船发动机提供的动力大小为(　　) A．f B．f C．2f D．3f [解析]　 [答案]　B 2．(2025·诸城月考)如图所示，质量为3 kg的物块静止在粗糙水平面上，现用F＝10 N的力斜向下推物块，F与水平面的夹角θ＝37°，物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.3。若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。求物块此时所受摩擦力的大小及方向。 解析　对物块进行受力分析，并进行正交分解如图所示 y轴上：FN＝mg＋F sin 37°，解得FN＝36 N 又最大静摩擦力为fm＝μFN，fm＝10.8 N x轴上：Fx＝F cos 37°＝8 N，Fx<fm， 故物块处于静止状态， 物体所受静摩擦力为f＝Fx＝8 N，方向水平向左。 答案　8 N，方向水平向左 ●规律总结 正交分解法求解共点力的平衡问题的步骤 (1)建立坐标轴。 (2)正交分解各力。 (3)将平衡条件F合＝0写成利用列方程。 (4)解方程。 探究点三　动态平衡问题 1．动态平衡：是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题。 2．基本方法：解析法、图解法和相似三角形法。 　如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心，一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下从半球形容器最高点附近缓慢下移靠近最低点。设滑块所受支持力为N，则下列判断正确的是(　　) A．N缓慢增大 B．N大小保持不变 C．F缓慢增大 D．F缓慢减小 [解析]　解法一　解析法 对物体进行受力分析：物体受重力mg、支持力FN、水平力F, 根据平衡条件得F＝，N＝，由于小滑块从半球形容器最高点缓慢下移到最低点，所以θ增大，tan θ增大，sin θ增大，则有F减小，N减小，故D正确，A、B、C错误。 解法二　图解法 对物体进行受力分析，物体缓慢下移靠近最低点。 水平力和支持力的合力不变，支持力的方向一定过圆心。 如图所示，由图可知F、N均减小，D正确。 解法三　相似三角形法 对物体进行受力分析，如图力的矢量三角形和△OAB相似， 则有＝，N＝·mg ＝，F＝·mg 当物体缓慢下移时， R不变，AB增大，OB减小， 由上面二式得：F、N均减小，D正确。 [答案]　D 　如图所示，一小球通过不可伸长的细绳悬挂于天花板上的O点。现用作用于A点且方向始终水平的力F将结点A向右缓慢拉起，用T表示AO绳子的拉力，所有的绳子都不被拉断，在将结点A向右缓慢拉起的过程中(　　) A．F逐渐增大，T逐渐增大 B．F逐渐增大，T逐渐减小 C．F逐渐增大，T先减小后增大 D．F先增大后减小，T逐渐增大 [解析]　由题意知在结点处受力分析如图，即在三力作用下处于平衡状态，其中拉力F始终沿水平方向，根据图解法可得将结点A向右缓慢拉起的。 [答案]　A 　在例题中，若用力F拉结点A，保证细绳OA中拉力的大小不变，缓慢地将细绳OA向右拉到水平位置。关于拉力F 的大小和与竖直方向夹角θ的说法正确的是(　　) A．F一直增大，θ一直增大 B．F一直增大，θ一直减小 C．F一直增大，θ先增大后减小 D．F一直增大，θ先减小后增大 解析　对小球受力分析如图所示，同一竖直平面内对小球施加一个拉力F，保证细绳中拉力的大小不变，缓慢地将细绳向右拉到水平位置，F一直增大，θ一直减小，所以B正确；A、C、D错误。 答案　B 　在例题中如图，现用一光滑的金属钩子勾住并用力F水平向右缓慢拉动绳子，移动过程中，以下说法正确的是(　　) A．细绳的拉力大小始终不变 B．细绳的拉力大小逐渐增加 C．力F一直水平向左 D．力F先变大后变小 解析　细绳的拉力大小始终等于物体的重力，保持不变，选项A正确，B错误；力F等于轻环两边绳子的拉力的合力，两边绳子的拉力一边是竖直向下，另一边是倾斜的，且两边绳子拉力相等，可知F的方向是斜向左上方向的，不是一直水平向左，由于环两边绳子的夹角逐渐减小，可知合力逐渐变大，即F逐渐变大，选项C、D错误。 答案　A 3．如图所示，轻绳AB能承受的最大拉力为100 N，在它下面悬挂一重为50 N的重物，分两种情况缓慢地拉起重物。第一次，施加一水平方向的力F作用于轻绳AB的O点；第二次用拴有光滑小环的绳子，且绳子所能承受的最大拉力也为50 N。绳子刚好断裂时，绳AB上部分与竖直方向的夹角分别为θ1和θ2，关于两者大小关系的说法中正确的是(　　) A．θ1＞θ2 B．θ1＝θ2 C．θ1＜θ2 D．无法确定 解析　第一次绳子固定在O点，施加一水平方向的力F作用于绳子，受力如图甲所示，因为BO绳的拉力为50 N，此时当AO绳的拉力为 100 N时，AO刚好被拉断，则绳AB上部分与竖直方向的夹角θ1＝60°。第二次用拴有光滑小环的绳子，因为环可以自由滑动，则FOA＝FOB＝G＝50 N，对小环受力分析如图乙所示，根据题意可知，绳AB不可能断裂，则只有在拉力F＝50 N时，栓有小环的绳子刚好断裂，根据几何关系可知，此时绳AB上部分与竖直方向的夹角θ2＝60°，则θ1＝θ2，故A、C、D错误，B正确。 甲 乙 答案　B 1．用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中，如图所示。已知ac和bc与竖直方向的夹角分别为30°和60°，则ac绳和bc绳中的拉力分别为(　　) A．mg，mg B．mg，mg C．mg，mg D．mg，mg 解析　分析结点c的受力情况如右图，设ac绳受到的拉力为F1、bc绳受到的拉力为F2，根据平衡条件知F1、F2的合力F与重力mg等大、反向，由几何知识得 F1＝F cos 30°＝mg F2＝F sin 30°＝mg 选项A正确。 答案　A 2．(2024·河北卷)如图所示，弹簧测力计下端挂有一质量为0.20 kg的光滑均匀球体，球体静止于带有固定挡板的斜面上，斜面倾角为30°，挡板与斜面夹角为60°。若弹簧测力计位于竖直方向，读数为1.0 N，g取10 m/s2，挡板对球体支持力的大小为(　　) A. N B．1.0 N C． N D．2.0 N 解析　对球体进行受力分析，球体受重力mg、弹簧测力计的拉力T、斜面对其的支持力N2挡板对其的支持力N1，如图所示 N1cos 60°＝N2cos 60° N1sin 60°＋N2sin 60°＋T＝mg 解得N1＝N2＝ N，A正确。 答案　A 3．(2025·盐城期中)单面索斜拉桥具有经济，美观，视线不受遮挡的优点。单面索斜拉桥所有钢索均处在同一竖直面内，索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是(　　) A．仅增加索塔高度可减小钢索的拉力大小 B．仅减小索塔高度可减小钢索的拉力大小 C．仅增加钢索的数量可减小索塔受到向下的压力 D．仅减少钢索的数量可减小索塔受到向下的压力 解析　设桥的质量为m，每根钢索的拉力为F，每根钢索与竖直方向的夹角为θ。桥的重力一定，则钢索拉力的合力一定，仅增加索塔高度可减小钢索与竖直方向的夹角，根据F＝可知，夹角越小，则每个分力越小，为了减小钢索承受的拉力，应该增大索塔的高度，以减小钢索与竖直方向的夹角，故A正确，B错误；对桥身进行受力分析可知，钢索对桥身的拉力的合力与桥身的重力大小相等、方向相反，则钢索对索塔向下的压力数值上等于桥身的重力，即增加或减少钢索的数量，钢索对索塔的压力大小恒定不变，故C、D错误。 答案　A 4．出门旅行时，在车站、机场等地有时会看见一些旅客推着行李箱，也有一些旅客拉着行李箱。为了了解两种方式哪种省力，我们做以下假设：行李箱的质量为m＝10 kg，拉力F1、推力F2与水平方向的夹角均为θ＝37°(如图所示)，行李箱与地面间的动摩擦因数为μ＝0.2，行李箱都做匀速运动。试分别求出F1、F2的大小并通过计算说明拉箱子省力还是推箱子省力。(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2) 解析　拉行李箱时，对行李箱受力分析，如图甲所示。 F1cos θ＝Ff1。 F1sin θ＋FN1＝mg Ff1＝μFN1 解得F1＝≈21.7 N 推行李箱时，对行李箱受力分析， 如图乙所示。 F2cos θ＝Ff2 FN2＝F2sin θ＋mg Ff2＝μFN2 解得F2＝≈29.4 N F1<F2，即拉箱子省力。 答案　见解析 $