2019-2020学年新教材高中物理 3.5 共点力的平衡课件 新人教版必修第一册

5.共点力的平衡知识纲要导引,核心素养目标,物理观念平衡状态、平衡条件科学探究探究共点力作用下物体的平衡条件科学思维合成法、正交分解法科学态度与责任利用平衡条件解决实际生活中的实际问题基础导学共点力平衡的条件(自学教材第76页“共点力平衡的条件”部分)1．平衡状态物体受到几个力作用时，如果保持或状态，我们就说这个物体处于．2．共点力平衡的条件在共点力作用下物体平衡的条件是.静止匀速直线运动平衡状态合力为0【思考】(1)处于平衡状态的物体一定处于静止状态．()(2)运动的物体合力不会为0.()(3)物体受两个力作用处于平衡状态，这两个力的合力一定为0.()(4)速度为0的物体一定处于平衡状态．()(5)在多个共点力作用下的物体一定不会处于平衡状态．()××√××课堂探究主题共点力平衡条件的应用【问题探究】探究点仔细观图探究下列问题．(1)这只鸟保持静止不动，这种状态是什么状态？(2)若鸟静止不动，受几个力作用？(3)鸟为什么能处于平衡？提示：(1)这只鸟处于静止状态属于平衡状态．(2)重力、支持力、摩擦力．(3)所受到的合外力为零．书、小球均处于平衡状态．(1)静止的物体一定处于平衡状态，但处于平衡状态的物体不一定静止．(2)如图，小球静止不动，物块匀速运动．则：小球F合＝F－mg＝0.物块Fx＝F1－Ff＝0，Fy＝F2＋FN－mg＝0.【探究总结】1．平衡状态平衡状态①静止；②匀速直线运动静止v＝0、a＝0同时具备的情形匀速直线运动速度的大小、方向皆不变化2.共点力的平衡条件(1)F合＝0，物体所受到的合外力为零．(2)Fx合＝0Fy合＝0，其中Fx合和Fy合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．3．由平衡条件得出的三个结论【典例示范】例1在科学研究中，可以用风力仪直接测量风力的大小，其原理如图所示．仪器中一根轻质金属丝，悬挂着一个金属球．无风时，金属丝竖直下垂；当受到沿水平方向吹来的风时，金属丝偏离竖直方向一个角度．风力越大，偏角越大．通过传感器，就可以根据偏角的大小指示出风力．那么，风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间有什么样的关系呢？解析：取金属球为研究对象，有风时，它受到3个力的作用：重力mg、水平方向的风力F和金属丝的拉力FT，如右图所示．方法一(力的合成法)如图甲所示，风力F和拉力FT的合力与重力等大反向，由平行四边形定则可得F＝mgtanθ.方法二(正交分解法)以金属球为坐标原点，取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立坐标系，如图乙所示．由水平方向的合力F合x和竖直方向的合力F合y分别等于零，即F合x＝FTsinθ－F＝0，F合y＝FTcosθ－mg＝0.解得F＝mgtanθ.由所得结果可见，当金属球的质量m一定时，风力F只与偏角θ有关．因此，偏角θ的大小就可以指示出风力的大小．静态平衡问题的解题步骤例2如图所示，石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为a，重力加速度为g.若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块侧面所受弹力的大小为()A.mg2sinαB.mg2cosαC.12mgtanαD.12mgcotα解析：以楔形石块为研究对象，它受到竖直向下的重力和垂直侧面斜向上的两个支持力，如图所示．根据力的对称性和平衡条件可知，两支持力的大小相等，且合力与重力等大、反向．根据几何关系可得：F合＝mg＝2Fsinα，即F＝mg2sinα.答案：A训练1[2019·深圳联考](多选)一个大人拉着载有两个小孩的小车(其拉杆可自由转动)沿水平地面匀速前进(如图所示)，则对小孩和车下列说法正确的是()A．拉力的水平分力等于小孩和车所受的合力B．拉力与摩擦力的合力大小等于车和小孩重力大小C．拉力与摩擦力的合力方向竖直向上D．小孩和车所受的合力为零解析：小孩和车整体受重力、支持力、拉力和摩擦力，根据共点力平衡条件，拉力的水平分力等于小孩和车所受的摩擦力，故选项A错误；小孩和车整体受重力、支持力、拉力和摩擦力，根据共点力平衡条件，拉力、摩擦力的合力与重力、支持力的合力平衡，重力、支持力的合力竖直向下，故拉力与摩擦力的合力方向竖直向上，故选项B错误、C正确；小孩和车做匀速直线运动，故所受的合力为零，故选项D正确．答案：CD根据对称性可知，石块两侧面受到的弹力大小相等．训练2(多选)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的作用下静止于P点，设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ.下列关系正确的是()A．F＝mgtanθB．F＝mgtanθC．FN＝mgsinθD．FN＝mgtanθ解析：方法一(合成法)滑块受力如图甲，由平衡条件知：mgF＝tanθ，mgFN＝sinθ⇒F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ.方法二(正交分解法)将滑块受的力水平、竖直分解，如图乙所示，mg＝FNsinθ，F＝FNcosθ，联立解得：F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ.答案：AC训练3如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，重为G的物体受到水平推力F的作用，物体静止不动，则物体对斜面的压力大小为()A．GsinθB．GcosθC．Gcosθ＋FsinθD．Gcosθ＋Fcosθ解析：分析物体的受力情况，如图．根据平衡条件得，由图甲：物体对斜面的压力大小FN′＝FN＝mgcosθ＝Gcosθ.由图乙：物体对斜面的压力大小FN′＝FN＝Fsinθ＋Gcosθ.故选C.答案：C课堂达标1．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是()A．物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态B．物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态C．物体处于平衡状态，所受合力一定为零D．物体处于平衡状态时，物体一定做匀速直线运动解析：处于平衡状态的物体，从运动形式上来看是处于静止或匀速直线运动状态，从受力上来看，物体所受合力为零．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，选项A、D错误；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，此物体处于非平衡状态，故选项B错误；由共点力的平衡条件可知选项C正确．答案：C2.(多选)如图所示，重为G的小孩沿斜面匀速滑下，小孩受力如图所示，这些力之间的大小关系是()A．FN＝GcosθB．Ff＝GsinθC．Ff＋FN＝GD．G2＝F2N＋F2f解析：小孩匀速下滑，受力平衡，把重力G分解，沿斜面方向和垂直于斜面方向列式即可求解．答案：ABD3.(多选)如图所示，用轻绳AO和OB将重为G的重物悬挂在水平天花板和竖直墙壁之间处于静止状态，AO绳水平，OB绳与竖直方向的夹角为θ.则AO绳的拉力FA、OB绳的拉力FB的大小与G之间的关系为()A．FA＝GtanθB．FA＝GtanθC．FB＝GcosθD．FB＝Gcosθ解析：结点O受到三个力作用FA、FB、FC，如图所示．由水平方向和竖直方向，列方程得：FBcosθ＝FC＝GFBsinθ＝FA可解得：FA＝Gtanθ，FB＝Gcosθ.答案：AC4.[2019·阳江市阳东县高一期中](多选)如图所示，作用于O点的三个力F1、F2、F3合力为零．F1沿－y方向，大小已知．F2与x轴正方向夹角为θ(θ90°)，大小未知，下列说法正确的是()A．F3可能指向第二象限B．F3一定指向第三象限C．F3与F2的夹角越小，则F3与F2的合力越小D．F3的最小值为F1cosθ解析：因F1、F2、F3的合力为零，故F3应与F2、F1的合力等大反向，故F3可能在第二象限，也可能在第三象限，选项A正确，B错误；F3、F2的合力与F1等大反向，而F1大小、方向均已知，故F3与F2的合力与其夹角大小无关，选项C错；当F3与F2垂直时，F3最小，其最小值为F1cosθ，选项D正确．答案：AD5．在我国东北寒冷的冬季，狗拉雪橇是人们出行的常见交通工具，如图所示，一质量为30kg的小孩坐在10.6kg的钢制滑板的雪橇上，狗用与水平方向成37°角斜向上的拉力拉雪橇，雪橇与冰道间的动摩擦因数为0.02，求狗要用多大的力才能够拉雪橇匀速前进．(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)解析：对小孩和雪橇整体受力分析，如图所示，雪橇匀速运动时有竖直方向：(M＋m)g＝FN＋Fsin37°①水平方向：Fcos37°＝Ff②又Ff＝μFN③由①②③得：狗拉雪橇匀速前进要用力为F＝μM＋mgcos37°＋μsin37°＝10N答案：10N