2020版新教材高中物理 4.3 共点力的平衡课件 鲁科版必修1

第3节共点力的平衡一、物体的平衡状态1.下列物体处于平衡状态的是___________①物体m置于木板上，缓缓抬高木板的过程中，物体相对于木板一直静止①②③②静止在斜面上的木块③做匀速直线运动的汽车2.平衡状态：物体_____或做_____________时所处的状态。静止匀速直线运动二、共点力的平衡条件1.要使物体保持平衡状态必须满足_________，即__________，__________。2.(1)物体受两个力时，这两个力的关系是___________(选填“大小相等”或“等大反向”)，即合力为零。F合=0Fx合=0Fy合=0等大反向(2)物体受三个力时，这三个力中的任意两个力的合力与第三个力_____________(选填“大小相等”或“等大反向”)，即合力为_______。等大反向零一共点力的平衡条件1.两种平衡情形：(1)物体在共点力的作用下处于静止状态。(2)物体在共点力的作用下处于匀速直线运动状态。2.两种平衡条件的表达式：(1)F合=0。(2)Fx合=0且Fy合=0，其中Fx合与Fy合分别是将所受的力进行正交分解后，物体在x轴和y轴方向上所受的合力。3.共点力的平衡条件得出的三个结论：(1)二力作用：二力等大，反向，是一对平衡力。(2)三力作用：任两力的合力与第三个力等大、反向。(3)n力作用：任一个力与其他所有力的合力等大、反向。【思考·讨论】若火车处于平衡状态，火车处于什么运动状态？(物理观念)提示：火车所受合力为零，可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态。【典例示范】如图所示，小球的重力为12N，绳子OA与水平方向的角度为37°，OB水平。世纪金榜导学号(1)求绳子OA受到的拉力。(2)求绳子OB受到的拉力。【解析】由题知，系统处于静止状态，以结点O为研究对象，将绳子OC对结点的拉力进行分解，作出力的分解图，由几何知识求出OA绳和OB绳的拉力。以结点O为研究对象，分析受力情况，OC绳对O点的拉力大小等于重力G，即FOC=G按照效果将OC绳的拉力进行分解，如图，由几何关系得：FOA==20NG12Nsin370.6FOB=Gcot37°=12×N=16N答案：(1)20N(2)16N43【素养训练】1.物体在斜面上匀速下滑，如图所示的四个受力示意图中正确的是()【解析】选B。由于物体在斜面上匀速下滑，故物体受到重力、支持力、摩擦力三个力的作用，摩擦力与相对运动方向相反，支持力垂直于斜面向上，故物体受力示意图如图，故B正确，A、C、D错误，故选B。2.（2019·全国卷Ⅱ）物块在轻绳的拉动下沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动，轻绳与斜面平行。已知物块与斜面之间的动摩擦因数为，重力加速度取10m/s2。若轻绳能承受的最大张力为1500N，则物块的质量最大为（）33A.150kgB.100kgC.200kgD.200kg33【解析】选A。对物块受力分析如图所示，由平衡条件得，沿斜面方向F-mgsin30°-Ff=0，沿垂直斜面方向FN-mgcos30°=0，又Ff=μFN,联立方程解得m=150kg。故A正确，B、C、D错误。【补偿训练】1.如图所示，三条轻绳结于O点，系在竖直墙上的OA绳与墙成30°角，一轻弹簧测力计水平拉动轻绳，弹簧测力计读数为3N，求OA绳的拉力和重物的质量。(g取10m/s2)【解析】对O点受力分析如图所示，水平绳拉力F与OA绳拉力FOA的合力与重力大小相等，方向相反OA绳的拉力FOA==6N重物重力G=N重物的质量m=答案：6NkgFsin30F33tan30＝G33kgg10＝。33102.如图所示，某装卸工人推着质量为m的木箱在水平地面上匀速运动，已知木箱与地面间的动摩擦因数为μ，该工人推力与水平面间夹角为α，求工人推力的大小。(重力加速度为g)【解析】以木箱为研究对象，对其进行受力分析，如图所示，建立平面直角坐标系，且将F进行正交分解，在水平方向和竖直方向由平衡条件列方程如下：Fcosf0NmgFsin0fN①②③由②③得f=μ(mg+Fsinα)，代入①，所以答案：mgFcossinmgcossin二共点力作用下物体平衡问题的求解方法方法应用规律适用类型合成法平行四边形定则三力平衡，且有两个力垂直，合力与第三个力大小相等，方向相反图解法平行四边形定则动态平衡问题，适用于定性分析的问题方法应用规律适用类型正交分解法平行四边形定则多力且方向已知，建立坐标系，利用Fx=0，Fy=0求解相似三角形法平行四边形定则非直角三角形中边长与力成比例关系的题目【思考·讨论】在光滑墙壁上用网兜把足球挂在A点，足球与墙壁的接触点为B。足球的质量为m，悬绳与墙壁的夹角为α，网兜质量不计，重力加速度为g，如何求出悬绳对足球的拉力大小？(物理观念)提示：作出足球的受力示意图，运用解析法得悬绳对球的拉力F=mgcos。【典例示范】如图所示，一轻质三角形框架B处悬挂一定滑轮(质量可忽略不计)。一体重为500N的人通过跨定滑轮的轻绳匀速提起一重为300N的物体。世纪金榜导学号(1)此时地面对人的支持力是多大？(2)斜杆BC、横杆AB所受的力各是多大？【解析】(1)人通过一个定滑轮拉动重物，人给重物300N的力，物体间力的作用是相互的，所以重物对人的竖直向上的拉力也是300N，人拉重物时，人处于静止状态，人受到竖直向下的重力G人、竖直向上的支持力F支、竖直向上的拉力FT作用，这三个力是平衡力，所以，G人=FT+F支，所以F支=G人-FT=500N-300N=200N；(2)B点受到绳向下的拉力F=2FT=600N，依据作用效果进行分解如图所示：则由图解得：FBC==400N，FAB=Ftan30°=200N。Fcos3033答案：(1)200N(2)400N200N33【规律方法】求解共点力平衡的一般步骤(1)选取研究对象。(2)将研究对象隔离出来，分析物体的受力情况并画受力示意图。(3)根据物体的受力特点选取适当的方法，一般采用正交分解法。(4)列方程求解，并检查答案是否完整、合理。【素养训练】1.如图所示，轻绳AB的A端连接在墙上，B端连接在轻杆上，轻杆BC的C端用铰链连接在墙上，B端挂一重为G=100N的物体。已知AB=2.7m，AC=1.8m，BC=3.6m，则轻绳AB和轻杆BC上的力各是()A.200N，150NB.150N，200NC.150N，100ND.100N，150N【解析】选B。对B点受力分析如图：根据相似三角形可得：解得F=200N，T=150N，故选B。FGTF100TBCACAB3.61.82.7，即2.(多选)如图所示，轻绳AO与竖直方向成一角度，轻绳BO水平。竖直轻绳CO系住一物体使其处于平衡状态，当绳子的悬点A缓慢向右移动时，BO始终保持水平，在AO到达竖直方向前，关于绳子AO和BO的拉力，下列说法中正确的是()A.绳AO的拉力一直在增大B.绳BO的拉力一直在减小C.绳BO的拉力先增大后减小D.绳AO的拉力一直在减小【解析】选B、D。对结点O受力分析，受重力mg、拉力FB和FA，将三个力首尾相连，构成矢量三角形，如图作出AO绳在三个不同位置力的合成图(1→2→3)；从图可以看出，轻绳AO与竖直方向夹角逐渐变小的过程中，绳AO的拉力FA一直减小，绳BO的拉力FB也一直减小，故A、C错误，B、D正确。故选B、D。【补偿训练】1.物体A在水平力F=400N的作用下，沿倾角θ=53°的斜面匀速下滑，如图所示。物体A受的重力G=400N，求斜面对物体A的支持力和A与斜面间的动摩擦因数μ。(sin53°=0.8，cos53°=0.6)【解析】对A进行受力分析如图，A受到重力G，水平作用力F，支持力N，摩擦力f，共四个力作用，在沿斜面方向上：Gsin53°=μN+Fcos53°，在垂直斜面方向上：N=Gcos53°+Fsin53°联立可得N=560N，μ=答案：560N17172.如图所示，质量为30kg的小孩坐在质量为10kg的雪橇上，大人用与水平方向成37°斜向上的大小为100N的拉力拉雪橇，使雪橇沿水平地面做匀速直线运动，求：(1)水平地面对雪橇的支持力的大小。(2)雪橇与水平地面间的动摩擦因数。(已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s2)【解析】对小孩和雪橇整体受力分析如图所示，根据平衡条件可得：竖直方向上有：N+Fsin37°=G代入数值，则N=40×10N-100×0.6N=340N水平方向上有：Fcos37°=f=μN代入数值得μ=≈0.24答案：(1)340N(2)0.24Fcos371000.8N340【课堂回眸】