高中物理沪科版 (2019)必修 第一册第3章 力与相互作用3.7 共点力的平衡及其应用课前预习课件ppt

这是一份高中物理沪科版 (2019)必修 第一册第3章 力与相互作用3.7 共点力的平衡及其应用课前预习课件ppt，共33页。PPT课件主要包含了内容索引，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，必备知识，自我检测，情境探究，关键能力，探究应用，答案C，答案BD等内容，欢迎下载使用。

共点力的平衡1.平衡状态如果物体保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这个物体处于平衡状态。2.平衡条件物体在多个共点力作用下平衡时,合力总等于零。3.当作用在一个物体上的多个共点力的合力等于零时,它们在水平方向上的分力的合力等于零,在竖直方向上的分力的合力也等于零。
1.正误辨析(1)作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,则这两个力一定平衡。(　　)答案 ×(2)某时刻物体的速度为零,物体一定处于平衡状态。(　　)答案 ×
(3)物体处于平衡状态时加速度一定为零。(　　)答案 √(4)如果一个物体受到三个力作用而保持静止状态,则其中任意两个力的合力与第三个力等大、反向。(　　)答案 √
2.如图所示,静止于倾角为30°的斜面上的物体,重力为10 N,则它受到的支持力为　　　　　N,摩擦力为　　　　　N。 
桌子上放着的杯子、天花板上吊着的吊灯、在平直铁轨上匀速行驶的火车中的乘客等都处于平衡状态,你能总结“平衡状态”的含义吗?要点提示 如果物体保持静止或匀速直线运动状态,就说物体处于平衡状态。这里包括速度恒为零的静止状态,也包括速度不为零但大小、方向都不变的匀速直线运动状态。
1.平衡状态(1)物体处于静止或匀速直线运动的状态。(2)对“平衡状态”的理解不管是静止还是匀速直线运动,速度保持不变,所以Δv=0,又因为a= ,故对应的加速度也为零,v=0不代表a=0。例如,竖直上抛的物体运动到最高点时,这一瞬间速度为零,但这一状态不可能保持,因而上抛物体在最高点不能称为静止,即速度为零不等同于静止。
2.共点力平衡的条件(1)共点力平衡的条件是合力为0。(2)表示为F合=0或将各力分解到x轴和y轴上,满足Fx合=0,且Fy合=0。①二力平衡:若物体在两个共点力作用下处于平衡状态,则这两个力一定等大、反向。②三力平衡:若物体在三个共点力作用下处于平衡状态,则其中任意两个力的合力与第三个力等大、反向。③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。(3)当物体受三个力平衡时,将表示这三个力的有向线段依次首尾相连,会构成一个矢量三角形,表示合力为0。
例1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;(2)若将F1转过90°,求物体所受的合力大小。
解析 (1)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。
规律方法 物体受多个力的作用处于平衡状态,其中一个力与其他力的合力大小相等,方向相反。
变式训练1人站在自动扶梯上随扶梯匀速上升,如图所示,下列说法正确的是(　　)A.人所受合力方向同图中速度的方向B.人在水平方向受到向右的摩擦力的作用C.人只在竖直方向受力且合力为零D.人在竖直方向所受合力不为零
如图所示,甲图中的鸟在几个力的作用下处于静止状态;乙图中的飞机做水平方向的匀速直线运动;丙图中的照相机静止在三脚架上。
(1)物体若受多个共点力保持平衡,这几个力应满足什么条件?(2)当物体处于平衡状态时,如何求解其中某个力?
要点提示 (1)合力为零。(2)物体处于平衡状态则合力为零,可根据平行四边形定则求解某个力。
处理平衡问题的常用方法
例2(多选)如图所示是一种测定风作用力的仪器的原理图,它能自动随着风的转向而转向,使风总是从图示方向吹向小球P。P是质量为m的金属球,固定在一细长刚性金属丝下端,能绕悬挂点O在竖直平面内摆动,无风时金属丝自然下垂,有风时金属丝将偏离竖直方向一定角度θ,角θ大小与风力大小有关,下列关于风力F、刚性金属丝拉力T与角度θ的关系式正确的是(重力加速度为g)(　　)
解析 选取金属球为研究对象,它受到三个力的作用,如图甲所示。金属球处于平衡状态,这三个力的合力为零。可用以下两种方法求解。
(解法一)力的合成法将风力F和拉力T合成,如图乙所示,由平衡条件知F与T的合力与重力等大反向,由平行四边形定则可得
(解法二)正交分解法以金属球的重心为坐标原点,取水平方向为x轴,竖直方向为y轴,建立直角坐标系,如图丙所示。由于金属球处于平衡状态,故水平方向的合力Fx合和竖直方向的合力Fy合都等于零,即
Fx合=Tsin θ-F=0Fy合=Tcs θ-mg=0
规律方法 用正交分解法求解平衡问题(1)选用原则:当物体受到不在一条直线上的三个或多于三个共点力时,一般要采用正交分解法。(2)建立坐标系原则:使尽可能多的力落在x、y轴上,这样需要分解的力比较少,计算方便。(3)当物体处于平衡时,根据共点力平衡的条件,x轴,y轴上合力均为0,列式(Fx=0,Fy=0)求解。
变式训练2一质量m=6 kg的物块,置于水平地面上,物块与地面间的动摩擦因数μ= ,为了使物块沿水平地面做匀速直线运动,现用一与水平方向夹角为37°的力斜向上拉物块,如图所示,求拉力大小。(已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2)
解析 物块做匀速直线运动,所以物块处于平衡状态,受力分析如图,则水平方向:Tcs 37°=f竖直方向:N=mg-Tsin 37°且f=μN代入数据解得T=20 N。
1.如图所示,一物体静止在斜面上,则斜面对物体的作用力方向(　　)A.沿斜面向上B.垂直斜面向上C.竖直向上D.无法判断
解析 物体受三个力,重力、支持力和摩擦力,斜面对物体的作用力是支持力与摩擦力的合力,与重力等大反向,故C正确。答案 C
2.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°,重力加速度为g,则ac绳和bc绳中的拉力大小分别为(　　)
解析 对结点c受力分析如图所示,设ac绳的拉力为F1、bc绳的拉力为F2,cd绳的拉力为F3=mg,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
3.(多选)如图所示,质量为m的物体在恒力F作用下沿水平地面做匀速直线运动,物体与地面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,则物体受到的摩擦力的大小为(　　)A.Fsin θ B.Fcs θC.μ(Fsin θ+mg)D.μ(mg-Fsin θ)
解析 先对物体进行受力分析,如图所示,然后把力F进行正交分解,F产生两个效果:
使物体水平向前,F1=Fcs θ,使物体压紧水平地面,F2=Fsin θ。由力的平衡可得F1=f,F2+mg=N,又f=μN,则f=Fcs θ=μ(Fsin θ+mg),故选B、C。
4.如图所示,质量为m的小球放在一倾角θ=30°的光滑斜面上,用固定的竖直挡板挡住,小球处于静止状态,已知重力加速度为g,试求挡板对小球的弹力F1及斜面对小球的支持力F2的大小。
解析 对小球受力分析,如图所示,根据物体的平衡条件可得: