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第1节共点力作用下物体的平衡学习目标素养提炼1.知道物体的平衡状态.2.掌握共点力作用下的物体的平衡条件.3.会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题.物理观念:平衡状态、平衡条件科学思维:平衡状态满足的条件F合=001课前自主梳理02课堂合作探究学科素养提升03课后达标检测一、共点力作用下物体的平衡状态物体在共点力的作用下,保持或做,我们就说这个物体处于平衡状态.静止匀速直线运动[判断正误](1)直道上以很大的速度匀速跑过的赛车处于平衡状态.()(2)百米竞赛中,运动员在起跑的瞬间,速度为零,处于平衡状态.()(3)平衡木上体操运动员做翻转动作时处于平衡状态.()√××二、共点力作用下物体的平衡条件1.平衡条件:要使物体保持平衡状态,必须满足一定的条件,这个条件叫平衡条件.2.共点力作用下物体的平衡条件是:F合=.作用在物体上的几个力的合力为零,叫作力的平衡.3.当物体受到多个共点力(在同一平面内)的作用时,可用的方法,将各个力沿选定的直角坐标分解,如沿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.作用在物体上的力0正交分解Fx合=0,Fy合=0[思考]竖直上抛的物体到达最高点的速度为0,物体处于静止状态吗?提示:不是,竖直上抛的物体到达最高点时F合不等于0(受重力).要点一平衡状态的理解[探究导入]在生活中,平衡无处不在,大自然中耸立的山石、表演着平衡动作的杂技演员,乃至水平匀速行驶的汽车.(1)什么是平衡状态?从力的角度,分析物体要保持平衡状态必须满足什么条件?提示:物体保持静止或匀速直线运动的状态叫平衡状态;物体在共点力作用下的平衡条件是所受合外力为零,即F合=0.(2)汽车停靠在甲站,某时刻起沿水平直线轨道从甲站驶往乙站.汽车经历了启动加速过程,以一定的速度平稳行驶,再减速进站,最后停在乙站.全过程中哪些阶段列车是处于平衡状态的?提示:汽车停靠在甲站时,汽车保持静止,处于平衡状态.汽车途中匀速行驶时,做匀速直线运动,处于平衡状态.汽车到达乙站时,汽车保持静止,处于平衡状态.1.两种平衡状态:静止状态和匀速直线运动状态.2.从运动学的角度理解平衡状态的物体处于静止或匀速直线运动状态,此种状态其加速度为零.即处于平衡状态的物体加速度为零,反过来加速度为零的物体一定处于平衡状态.3.从动力学的角度理解处于平衡状态的物体所受的合外力为零,反过来物体受到的合外力为零,它一定处于平衡状态.[典例1](多选)下列物体中处于平衡状态的是()A.静止在粗糙斜面上的物体B.沿光滑斜面下滑的物体C.在平直路面上匀速行驶的汽车D.做自由落体运动的物体在刚开始下落的瞬间[解析]在共点力的作用下,物体如果处于平衡状态,则该物体必同时具有以下两个特点:从运动状态来说,物体保持静止或者匀速直线运动状态,加速度为零;从受力情况来说,合外力为零.物体在某一时刻的速度为零,并不等同于这个物体保持静止,如果物体所受的合外力不为零,它的运动状态就要发生变化,在下一个瞬间就不是静止的了,所以物体是否处于平衡状态要由物体所受的合外力和加速度判断,而不能认为物体某一时刻速度为零,就是处于平衡状态,本题的正确选项应为A、C.[答案]AC1.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.物体所受合力为零,就一定处于平衡状态D.物体做匀加速运动时,物体处于平衡状态解析:处于平衡状态的物体,从运动形式上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,A错;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B错;C选项符合平衡条件的判断,为正确选项;物体做匀加速运动,所受合力不为零,故不是平衡状态,D错.答案:C要点二平衡条件的理解及简单应用[探究导入](1)如果处于平衡状态下的物体受两个力或者三个力或者是多个力的作用,力与力之间有什么关系呢?提示:当物体受到二力平衡时,这两个力等大反向,如图所示.当物体受到三力或多个力的作用平衡时,某一个力与其余的力的合力等大反向.(2)由以上可以得出物体要保持平衡状态必须满足什么条件?提示:物体在共点力作用下的平衡条件是所受合外力为零,即F合=0.(3)如图所示,当物体沿斜面加速下滑时,受如图所示三个力作用,从正交分解的角度看,沿斜面方向和垂直斜面方向有什么特点?提示:沿斜面方向加速下滑,是非平衡状态,垂直斜面方向合力为零,是平衡状态.1.平衡条件的两种表达式(1)F合=0(2)正交表示法F合x=0F合y=0,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.2.由平衡条件可得出的结论(1)物体受两个力作用平衡时,这两力必大小相等,方向相反,作用在同一直线上.(2)物体受三个共点力作用平衡时,其中任意两力的合力必与第三个力等大反向.(3)物体受三个以上的共点力作用平衡时,其中任意一个力与其余几个力的合力等大反向.[易错提醒](1)当物体处于平衡状态时,沿任意方向物体所受的合力均为零.(2)如果物体只是在某一方向上处于平衡状态,则该方向上合力为零,因此可以在该方向上应用平衡条件列方程求解.[典例2]如图所示,物体的质量为m,靠在粗糙的竖直墙上,物体与墙之间的动摩擦因数为μ,若要使物体沿墙向上匀速运动,试求外力F的大小.[思路点拨]解答本题时可按以下思路分析:[解析]物体向上运动,受力分析如图所示,建立如图所示的坐标系.由共点力平衡条件得Fcosα-N=0①Fsinα-f-mg=0②又f=μN③由①②③得F=mgsinα-μcosα.[答案]mgsinα-μcosα[规律总结]应用平衡条件解题的步骤(1)明确研究对象(物体、质点或绳的结点等).(2)对研究对象进行受力分析.(3)建立合适的坐标系,应用共点力的平衡条件,选择恰当的方法列出平衡方程.(4)求解方程,并讨论结果.2.如图所示,轻绳OA一端系于天花板上,与竖直方向的夹角为30°,水平轻绳OB的一端系在一物体Q上,Q相对于水平桌面静止,OC绳挂一重为300N的物体P.试求绳子OA的拉力与物体Q受到的摩擦力的大小.解析:对结点O和物体Q受力分析,如图所示:对结点O,由平衡条件可得,在x方向:FAOsin30°=FBO在y方向:FAOcos30°=FCO其中,FCO=GP=300N对物体Q,由平衡条件可得,FOB=f=FBO,解得:FAO=2003N≈346Nf=1003N≈173N.答案:346N(或2003N)173N(或1003N)科学探究——共点力平衡条件的实验探究探究器材:钩码(50g)若干、细线、小钢丝环、弹簧秤两个.探究过程:(1)探究二力平衡、如图1操作(可以改变钩码个数).(2)探究三力平衡(研究对象为重力忽略的小钢丝环),如图2操作.处理方法规律:作图探究1:学生据实验数据,用平行四边形定则作图;探究一条规律:重物的重力与弹簧的拉力始终等大反向.作图探究2:学生据实验数据,用平行四边形定则作图;探究一条规律:物体在三个共点力作用下处于平衡状态时,其中任意两个力的合力一定跟第三个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上.实验结论:如果物体在n个力作用下处于平衡状态平衡,其中任意(n-1)个力的合力与第n个力大小相等,方向相反,作用在同一直线上.如图所示,某个物体在F1、F2、F3、F4四个力的作用下处于静止状态,若F4的方向沿逆时针转过60°且保持其大小不变化,其余三个力的大小和方向不变,则此时物体所受到的合力大小为()A.F4B.2F4C.2F4D.无法确定解析:由共点力的平衡条件可知,F1、F2、F3的合力应与F4等值反向.当F4的方向沿逆时针转过60°且保持其大小不变时,F1、F2、F3的合力的大小仍为F4,但方向与旋转后的F4成120°,由平行四边形定则可得,此时物体所受的合力大小为F4.答案:A
本文标题:2019-2020学年高中物理 第四章 物体的平衡 第1节 共点力作用下物体的平衡课件 教科版必修1
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