第3章 第6节 共点力作用下物体的平衡-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第一册教用课件(教科版)

第6节　共点力作用下物体的平衡 1 1．理解平衡状态的运动特点。　2.理解共点力平衡的条件，应用条件解决实际问题。　3.掌握动态平衡的特征，熟练解决其问题。　4.掌握整体法与隔离法的应用。 返回导航 课前 知识梳理 1 课堂 深度探究 2 随堂 巩固落实 3 内容 索引 课前 知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、共点力作用下物体的平衡状态 两种平衡状态：共点力作用下的平衡状态包括______________状态和_______________状态。 静止　 匀速直线运动　 课前 知识梳理 返回导航 二、共点力作用下物体的平衡条件 1．表达式：________。 2．当物体受到多个共点力(在同一平面内)的作用时，也可用正交分解法，将各个力沿选定的直角坐标分解，如果沿x轴方向的合力为零，沿y轴方向的合力也为零，则物体处于平衡状态。 平衡条件可写成 。 F合＝0 课前 知识梳理 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)共点力一定作用于物体上的同一点。(　　) (2)作用于同一物体上的所有力都是共点力。(　　) (3)物体的加速度a＝0，则物体一定处于静止状态。(　　) (4)物体的速度很大，则F合很大。(　　) (5)某时刻物体的速度为0时，物体一定处于平衡状态。(　　) (6)沿光滑斜面下滑的物体处于平衡状态。(　　) ×　 ×　 ×　 ×　 ×　 ×　 课前 知识梳理 返回导航 课堂 深度探究 PART 02 第二部分 8 课堂 深度探究 返回导航 3．共点力平衡的推论 (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、共线。 (2)多力平衡：若物体在多个共点力作用下处于平衡状态，则其中任意一个力与其余所有力的合力等大、反向、共线。 课堂 深度探究 返回导航 √ 　　　(2024·重庆巴蜀中学期中)如图所示的是一同学在体育课参加引体向上的体能测试时(该同学处于静止状态且脚已离开地面)的简化图，若现在将该同学的两只手从图示位置向两边移动相同距离后人仍处于静止状态，则相对于开始(　　) A.单杠对两手的作用力变大 B．单杠对两手的作用力变小 C．每只手臂上的拉力变大 D．每只手臂上的拉力变小 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　由于两只手受到单杠作用力的合力等于重力，当两只手从题图所示位置向两边移动相同距离时，手臂夹角变大，合力一定，每个分力均变大，故A、B、D错误，C正确。 课堂 深度探究 返回导航 　　　物体在五个共点力的作用下保持平衡，如图所示，其中F1大小为10 N，方向水平向右。 (1)若撤去力F1，而保持其余四个力不变，求其余四个力的合力的大小和方向。 [解析]　五个共点力平衡时合力为零，则其余四个力的合力与F1等大、反向，故其余四个力的合力大小为10 N，方向水平向左。 [答案]　10 N　水平向左　 课堂 深度探究 返回导航 (2)若将F1转过90°，求物体所受的合力大小。 课堂 深度探究 返回导航 知识点二　受力分析和平衡条件的应用 1．整体法与隔离法 项目 整体法 隔离法 概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开的方法 选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度 研究系统内物体之间的相互作用力 注意问题 受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用 一般隔离受力较少的物体 课堂 深度探究 返回导航 2.注意问题 (1)只分析所受的力 在进行受力分析时，一定要注意，我们分析的是物体“受到”的力，而不是物体对外施加的力，也不要把作用在其他物体上的力，错误地认为通过“力的传递”而作用在研究对象上。 (2)只分析外力 对几个物体的整体进行受力分析时，这几个物体间的作用力为内力，不能在受力图中出现；当把某一物体单独隔离分析时，原来的内力变成了外力，要画在受力分析图上。 课堂 深度探究 返回导航 (3)合力与分力 进行受力分析时，同一物体受到的合力与分力是“等效替代”的关系，不能同时出现。 课堂 深度探究 返回导航 √ 　　　(多选)如图所示，一个固定的斜面，一个小物块在水平推力作用下处于静止状态，关于小物块的受力，下列说法正确的是(　　)  A．一定受到重力、弹力、摩擦力和水平推力四个力 B.水平推力和重力的合力一定垂直于斜面方向 C.不一定受到摩擦力，摩擦力也不一定沿斜面向上 D．斜面的支持力和水平推力的合力方向可能竖直向上 √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　对小物块分析可知，如果力F沿斜面向上的分力等于重力沿斜面向下的分力，则物块不受摩擦力，此时物块受到重力、支持力和推力3个力，故A错误； 如果摩擦力不为零，水平推力和重力的合力与支持力、摩擦力的合力平衡，不垂直于斜面方向，故B错误； 是否受到摩擦力，关键看F沿斜面向上的分力与重力沿斜面向下的分力大小，所以物块不一定受到摩擦力，摩擦力也不一定沿斜面向上，故C正确； 摩擦力为零时，支持力和水平推力的合力竖直向上与重力平衡，故D正确。 课堂 深度探究 返回导航 　　　用三根细线a、b、c将重力均为G的两个小球1和2连接并悬挂，如图所示。两小球处于静止状态，细线a与竖直方向的夹角为30°，细线c水平。 (1)求细线a、c分别对小球1和2的拉力大小。 课堂 深度探究 返回导航 (2)求细线b对小球2的拉力大小。 课堂 深度探究 返回导航 知识点三　分析静态平衡问题的常用方法 1．合成法：物体受三个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反。 2．效果分解法：物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的作用效果分解，则其分力和其他两个力满足平衡条件。 3．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为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件。 课堂 深度探究 返回导航 4．力的三角形法：对受三个力作用而平衡的物体，将力平移使三个力组成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力。 课堂 深度探究 返回导航 √ √ 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 方法2　效果分解法 　　　如图所示，三段不可伸长的细绳，OA、OB、OC能承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，其中OB是水平的，A端、B端固定在水平天花板上和竖直墙上。若逐渐增加C端所挂重物的质量，则最先断的绳是(　　) A．必定是OA B．必定是OB C．必定是OC D．可能是OB，也可能是OC √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　OC下悬挂重物，它对O点的拉力等于重物所受的重力G。OC绳的拉力产生两个效果：拉紧BO绳的水平向左的力F1，拉紧AO绳的沿绳子方向斜向下的力F2，F1、F2是G的两个分力。由平行四边形定则可作出力的分解图如图所示，当逐渐增大所挂重物的质量时，哪根绳受的拉力最大则哪根绳最先断。从图中可知，表示力F2的有向线段最长，力F2最大，故OA绳最先断。 课堂 深度探究 返回导航 方法3　正交分解法 　　　(2024·山东高一联考)如图所示，质量m＝5 kg的物体受到与竖直方向夹角θ＝37°、大小F＝60 N的压力F 的作用，在压力F的作用下，该物体处于静止状态，已知物体与竖直墙面间的动摩擦因数μ＝0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力， (重力加速度g取10 m/s2，cos 37°＝0.8，sin 37°＝0.6)。 课堂 深度探究 返回导航 (1)此时物体受到的摩擦力是多大？ [解析]　物体静止，力 F 沿竖直方向的分力F1＝F cos θ＝48 N<mg＝50 N 所以物体有向下运动的趋势，静摩擦力方向竖直向上， 根据平衡条件可得Ff＋F1＝mg 解得Ff＝2 N。 [答案]　2 N　 课堂 深度探究 返回导航 (2)若要使物体沿墙面匀速滑动，且力的方向不变，则力的大小应变为多少？ [解析]　若物体沿墙面匀速向上滑动，滑动摩擦力方向向下，则水平方向有F′N＝F′sin θ 竖直方向有F′cos θ＝F′f＋mg F′f＝μF′N 联立解得F′＝100 N 若物体沿墙面匀速向下滑动，滑动摩擦力方向向上，则水平方向有F″N＝F″sin θ 竖直方向有F″cos θ＋F″f＝mg F″f＝μF″N 联立解得 F″≈45.45 N。 [答案]　见解析 课堂 深度探究 返回导航 　(2023·山东师范大学附中期末)一所受重力为G1＝8 N的物块悬挂在绳PA和PB的结点上。PA偏离竖直方向37°角，PB在水平方向，且连在所受重力为G2＝50 N的木块上，木块静止于倾角为37°的斜面上，如图所示，(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度g取10 m/s2)。试求：   课堂 深度探究 返回导航 (1)轻绳PB上的拉力大小； [解析]　分析P点受力如图甲所示，由平衡条件可得FA_cos 37°＝G1 FA sin 37°＝FB 可解得FA＝10 N，FB＝6 N。 [答案]　6 N　 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　B的受力情况如图乙所示，由物体的平衡条件可得 f＝G2sin 37°＋F′B cos 37° N＋F′B sin 37°＝G2cos 37° 又F′B＝FB 可求得N＝36.4 N，f＝34.8 N。 (2)木块与斜面间的弹力和摩擦力大小。 [答案]　36.4 N　34.8 N 课堂 深度探究 返回导航 随堂 巩固落实 PART 03 第三部分 34 √ 1．(对共点力平衡条件的理解)物体受共点力作用，下列说法正确的是(　　) A．物体的速度等于0，物体就一定处于平衡状态 B．物体相对于另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态 C．物体所受合力为0时，就一定处于平衡状态 D．物体受的共点力沿x轴方向上合力为0，物体一定处于平衡状态 随堂 巩固落实 返回导航 解析：处于平衡状态的物体，从运动形式上看是处于静止或匀速直线运动状态，从受力上来看，物体所受合外力为0，C正确； 速度为0的物体，所受合力不一定为0，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，该物体相对于地面不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此物体处于非平衡状态，B错误； 物体沿y轴方向的合力若不为0，则所受合力不为0，故不是平衡状态，D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 2．(受力分析和平衡条件的应用)(2024·江苏盐城田家炳中学期中)人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上做匀速运动，如图所示，以下说法正确的是(　　) A．人受到向右的摩擦力 B．人受到向左的摩擦力 C．人仅受到重力和支持力 D．人受到的合外力不为零 解析：人做匀速运动，所受合力为零，假设人受到摩擦力的作用，则人水平方向合力不为零，这与人所受合力为零相矛盾，说明人不受摩擦力作用，则人只受到重力和支持力的作用。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 随堂 巩固落实 返回导航 4．(分析静态平衡问题的常用方法)(2024·山东临沂统考期中)如图所示，小孩质量m＝20 kg，小车的质量M＝2 kg，在恒定拉力F 作用下沿着水平地面做匀速直线运动，拉力方向与水平面的夹角θ＝37°。已知小车与地面间的动摩擦因数 μ＝0.5，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。求： 随堂 巩固落实 返回导航 (1)小车对小孩的作用力； 解析：对小孩受力分析可知，小车对小孩的作用力为支持力，支持力大小 FN＝mg＝200 N 方向竖直向上。 答案：200 N，方向竖直向上　 随堂 巩固落实 返回导航 (2)拉力F 的大小。 解析：对小孩和小车整体受力分析，正交分解可得， 水平方向F cos θ＝Ff 竖直方向F sin θ＋F′ N＝(M＋m)g 滑动摩擦力Ff＝μF′ N 解得F＝100 N。 答案：100 N 随堂 巩固落实 返回导航 $