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教案 教科版必修1.doc

第一节 共点力作用下物体的平衡【课前预习】一、共点力作用下物体的平衡状态物体在共点力的作用下，保持静止或做匀速直线运动，我们就说这个物体处于平衡状态二、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，作用在物体上的力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0.作用在物体上的几个力的合力为零，叫做力的平衡3当物体受到多个共点力(在同一平面内)的作用时，可用正交分解的方法，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fx合0，fy合0.想一想：处于平衡状态的物体的加速度和所受合外力具有什么特点？答案处于平衡状态的物体速度不发生变化(v0或v常数)，加速度为0；因为a0，根据牛顿第二定律知，f合0.教学目标1阅读教材，观看视频，认识共点力作用下物体的平衡的两种类型；2通过实验探究，理解共点力作用下物体的平衡条件；3通过实例分析，会应用平衡条件解决相应问题。重点难点重点：共点力作用下物体的平衡条件难点：应用共点力作用下物体的平衡条件解决问题设计思想 通过实际（生产生活中）的例子来说明怎样的状态是平衡状态，使学生全面理解平衡状态静止或匀速直线运动共点力作用下物体的平衡条件在实际中的应用，是本节课教学的重点对于不同类型的平衡问题，如何依据平衡条件建立方程，对于学生来说是学习中的难点(平衡系统中取一个物体为研究对象，即隔离体法处理；取二个以上物体为研究对象，即整体法处理建立方程时可利用矢量三角形法或多边形法的合成和正交分解法来处理) 本节例题的教学重在引导学生学习分析方法由于学生已经掌握了动力学问题的一般分析方法，教学时可先回顾动力学问题的分析方法，然后引导学生迁移到静力学问题中去本节例题代表了两种典型的静力学问题建议教学中引导学生做出小结教学资源 多媒体课件 演示物体一个、弹簧秤若干教学设计【课堂引入】从高耸的山峰、凌空托起的巨石到我们脚下的大地；从摩天高楼、电视塔到家庭中的家具，摆设，无一不处于平衡状态。问题：上述三幅图中物体的受力有什么特点？学生回答：小结：共点力：物体同时受几个力的作用，如果这几个力都作用于物体的同一点或者它们的作用线交于同一点，这几个力叫共点力【课堂学习】学习活动一：认识物体的平衡问题一：下列三幅图中共同的特点是什么？学生讨论：小结：平衡状态：物体保持静止或匀速运动状态（或有固定转轴的物体匀速转动）说明：这里的静止需要二个条件，一是物体受到的合外力为零，二是物体的速度为零，仅速度为零时物体不一定处于静止状态，如物体做竖直上抛运动达到最高点时刻，物体速度为零，但物体不是处于静止状态，因为物体受到的合外力不为零问题二：判断：以下物体是否处于平衡状态?(1) 天花板下悬挂的静止的吊扇。 (2) 粗糙斜面上静止的木块。(3) 光滑水平面上匀速直线滑动的冰块。(4) 沿斜面匀速直线下滑的铁箱。(5) 竖直上抛到最高点的篮球。(6) 拿在手上铅球，松手的瞬间。学生训练：多媒体展示：问题三思考：静止与平衡状态，速度为零与静止的区别交流讨论：静止状态是物体在一段时间内保持速度为零不变，其加速度为零；而物体速度为零可能是物体静止，也可能是物体做变速运动中的一个状态，加速度不为零 由此可见，静止的物体速度一定为零，但速度为零的物体不一定静止 因此，静止的物体一定处于平衡状态，但速度为零的物体不一定处于平衡状态学习活动二：探究平衡条件问题一： 我们在初中学习中知道，当物体在二个力的作用下处于平衡状态时，这二个力一定是等值、反向、共线。那么如果物体的受力在三个以上时，其平衡条件又如何呢？【理论分析】：物体处于平衡状态时加速度等于零即a=0，根据牛顿第二定律可知： 物体受到的合外力为零即f合=0【实验探究】用弹簧秤先测演示物体的重量g再用两个弹簧秤向上成一角度提起演示物体，使其保持静止状态.读出弹簧秤的示数板画：物体的受力图示，根据力的平行四边形定则，求出合力.结果：在误差允许范围内，合力为零.分组实验：按已经准备分好的组（a、b、c搭配）分组进行，教师巡回指导.a.一个弹簧秤提起某物保持静止.a1受力分析a2 f合b.两个弹簧秤提起重物保持静止b1受力分析b2画出力的图示b3应用平行四边形定则求f合.抽查同学验证结果.小结：共点力作用下物体的平衡条件：物体受到的合外力为零即f合=0问题二：匀质杆ab一端由悬绳连接到天花板，绳与天花板间的夹角为，另一端支撑在地面上，如图所示若绳对a点的拉力为t，则地面对杆的摩擦力为_；在图上准确地画出地面对b点的作用力f的方向学生训练：交流讨论：小结：平衡条件推论1三力汇交原理：当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时，这三个力必交于一点2物体受到n个共点力作用而处于平衡状态时，取出其中的一个力，则这个力必与剩下的（n-1）个力的合力等大反向。3、三个力作用于物体使物体平衡，则这三个力的图示必构成封闭的三角形。4、若采用正交分解法求平衡问题，则其平衡条件为：fx合=0，fy合=0；问题三、如图所示，在绕过两个定滑轮的绳子的两端悬挂两个物体，它们分别重15 n和20 n。在两个滑轮之间的绳上悬挂一个物体 a，当a = 90 时，这三个物体都处于平衡状态。求 a 物体的重力。学生训练：学习活动三：平衡条件的应用问题1如图所示，细绳co与竖直方向成30角，a、b两物体用跨过滑轮的细绳相连，已知物体b所受到的重力为100n，地面对物体b的支持力为80n，试求：（1）物体a所受到的重力；（2）物体b与地面间的摩擦力；（3）细绳co受到的拉力。分析此题是在共点力作用下的物体平衡问题， 据平衡条件fx=0，fy=0，分别取物体b和定滑轮为研究对象，进行受力情况分析，建立方程。解：如图所示，选取直角坐标系。据平衡条件得：f-t1sin=0，nt1cos-mbg=0。对于定滑轮的轴心o点有：t1sin-t2sin30=0， t2cos30-t1cos-mag=0。 因为t1=mag，得=60，解方程组得（1）t1=40n，物体a所受到的重力为40n；（2）物体b与地面间的摩擦力ft1sin=40sin6034.6n；（3）细绳co受到的拉力说明：在本题中，我们选取定滑轮的轴心为研究对象，并认定t1与mag作用在这点上，即构成共点力，使问题得以简化。小结：1当物体受到多个共点力(在同一平面内)的作用时，也可用正交分解的方法，将各个力沿选定的直角坐标轴分解(建立直角坐标系时，一般尽量使更多的力落在坐标轴上，以减少分解力的个数)，然后根据fx合0，fy合0列式求解2运用共点力平衡条件解题的步骤(1)选取研究对象(2)对所选取的研究对象进行受力分析并画出受力分析图(3)对研究对象所受的力进行处理，或合成或分解或正交分解(4)根据f合0或fx合0，fy合0列方程求解问题2：如图所示，一个重为g的圆球，被一段细绳挂在竖直光滑墙上，绳与竖直墙的夹角为，则绳子的拉力和墙壁对球的弹力各是多少？学生训练展示多种解法小结：用平衡条件解题的常用方法1、力的三角形法：物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时，这三个力的矢量箭头首尾相接，构成一个矢量三角形；反之，若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形，则这三个力的合力必为零利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力2、力的合成法：物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合力必跟第三个力等大反向，可利用力的平行四边形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解3、正交分解法：将各个力分别分解到x轴上和y轴上，运用两坐标轴上的合力等于零的条件，多用于三个以上共点力作用下的物体的平衡值得注意的是，对x、y方向选择时，尽可能使落在x、y轴上的力多；被分解的力尽可能是已知力，不宜分解待求力【课堂小结】【自主测评】1下列哪组力作用在物体上，有可能使物体处于平衡状态( )a3 n，4 n，8 n b3 n，5 n，1 nc4 n，7 n，8 n d7 n，9 n，6 n2用手施水平力将物体压在竖直墙壁上，在物体始终保持静止的情况下( )a压力加大，物体受的静摩擦力也加大b压力减小，物体受的静摩擦力也减小c物体所受静摩擦力为定值，与压力大小无关d不论物体的压力改变与否，它受到的静摩擦力总等于重力3如图所示，木块在水平桌面上，受水平力f1=10 n，f2=3 n而静止，当撤去f1后，木块仍静止，则此时木块受的摩擦力为a0 b水平向右，3 nc水平向左，7 n d水平向右，7 n4（1）重300 n的木箱放在光滑的水平地面上，一个人用200 n的力f作用在木箱上，方向与水平方向成30斜向上，当木箱沿地面运动时，地面对木箱的支持力为_n.（2）质量相同的甲和乙叠放在水平面上，用力f拉乙，使甲、乙一起匀速运动，此时，设甲与乙之间的摩擦力为f1，乙与地之间的摩擦力为f2，则f1=_，f2=_.5如图所示，当用大小为20 n，方向与水平成37的力f推物体时，恰能使重15 n的重物靠在墙上不下滑，问：（1）此时物体所受摩擦力是多大？（2）当推力方向不变，大小为22 n时，物体与墙之间的摩擦力是多少？（3）欲使物体与墙壁间不存在摩擦力，则推力大小应变为多大？参考答案1. cd2.cd 提示：本题中，物体始终保持静止，即是指物体一直处于平衡状态，则据共点力作用下物体的平衡条件有f合=0对物体受力分析，如右图可得f=fn，ff=g3b 提示：静摩擦力始终等于使物体发生相对运动趋势的力.4（1）200 n 提示：竖直方向上合力为零（2）f1=0 f2=f5（1）3 n，沿墙向上 （2）1.8 n，沿墙向上 （3）25 n课堂反馈1物体处于平衡状态的条件是( )a物体只有受到大小相等、方向相反、作用在同一直线上的两个力作用时，才处于平衡状态b物体只受一个力的作用，也可能处于平衡状态c物体所受的合力为零，一定处于平衡状态d在共点力作用下的物体，如果所受合力为零，一定处于平衡状态2某人想用力f竖直向上提起地面上的重物，重物没被提起，下面说法正确的是( )a由于力f小于物体的重力，所以物体所受的合力不等于零b地面所受的压力大小等于物体的重力和拉力的差值c物体受重力和地面对物体的支持力是互相平衡的力d力f和地面所受压力互相平衡3三段不可伸长的细绳oa，ob，oc能承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，如图所示，其中oa是水平的，a端、b端固定若逐渐增加c端所挂物体的质量，则最先断的绳( ) a必定是oa b必定是ob c必定是oc d可能是ob，也可能是oc4如图所示，木块b重160 n，它与水平面间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力为40n，为了保持系统平衡，细绳上所系的最重的重物a的重力为( ) a40 n b32 n c160 n d20 n5如图所示，质量为m的凹形槽沿斜面匀速下滑，现将质量为m的砝码轻轻放入槽中，下列说法正确的是( ) am和m一起加速下滑 bm和m一起减速下滑 cm和m一起匀速下滑 d条件不足，无法确定6一个物体在共点力的作用下处于平衡状态，那么这个物体一定保持_。7放在斜面上的一个物体，当斜面倾角为时，它能沿斜面匀速下滑，那么，物体和斜面之间的动摩擦因数_。8物体置于粗糙的斜面上，受到一个平行于斜面的力f的作用，当f100n且沿斜面向上或f=20n且沿斜面向下时，物体都能在斜面上作匀速直线运动，当物体不受力f作用时，物体在斜面上受到的摩擦力f_。9如图所示，物体a重10n，与桌面间的最大静摩擦力为fm=2.5n,动摩擦因数=0.20，开始时，a静止。（1）b重1n时，a和桌面间的摩擦力多大？（2）b至少多重时，才能使a有静止开始起动？ （3）b重5.0n时a和桌面间的摩擦力多大？ （4）a开始运动后，将b减为1.5n，直到a停止运动之前，a与桌面间的摩擦力多大？参考答案：1、d 2、b 3、b 4、a 5、c 6、静止或匀速7、8、40n9、(1)1n (2)2.5n (3) 2n (4)2n课后测评1倾斜长木板一端固定在水平轴o上，另一端缓慢放低，放在长木板上的物块m 一直保持相对木板静止状态，如图48所示在这一过程中，物块m受到长木板支持力fn和ff的大小变化情况是( ) afn变大，ff变大 bfn变小，ff变小 cfn变大，ff变小 dfn变小，ff变大2如图所示，一均匀球放在倾角为的光滑斜面和一光滑的挡板之间，挡板与斜面的夹角为设挡板对球的弹力为 fl，斜面对球的弹力为f2，则当逐渐减小到的过程中，下列说法正确的是( ) af1先减小后增大 bf1先增大后减小 cf2减小 df2增大3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p点。设滑块所受支持力为fn。op与水平方向的夹角为。下列关系正确的是（ ）a bfmgtan c dfn=mgtan4把球夹在竖直墙和木板bc之间，不计摩擦球对墙的压力为fn1，球对板的压力为fn2在将板bc 逐渐放至水平的过程中，说法正确的是(如图所示) ( ) afn1，fn2，都增大 bfn1，fn2，都减小 cfnl增大，fn2减小 dfn1减小，fn2增大5某一物体受到三个力作用，下列各组力中，能使的球挂在光滑的墙壁上，设绳的拉力为f，球对墙的压力为fn，当绳长增加时，下列说法正确的是 ( ) af，fn均不变 bf减小，fn增大 cf增大，fn减小 df减小，fn减小 6小球系在细绳的一端，放在光滑的斜面上，用力将斜面在水平桌面上向左移动，使小球上升（最高点足够高），那么在斜面运动的过程中，细绳的拉力将：( )a先增大后减小 b先减小后增大 c一直在增大 d一直在减小7半径为r的表面光滑的半球固定在水平面上。在距其最高点的正上方为h的悬点o，固定长l的轻绳一端，绳的另一端拴一个重为g的小球。小球静止在球面上，如图所示。则绳对小球的拉力t如何变化 ( )； 支持力n如何变化 ( )a变大 b变小c不变 d无法确定8如图所示，一根柔软的轻绳两端分别固定在两竖直杆上，绳用一光滑的挂钩悬一重物，ao段中的张力大小为t1，bo段张力大小为t2，现将右杆绳的固定端由b缓慢移到点过程中，关于两绳中张力大小的变化情况为( ) a变大，变小 b变小，变大 c均变大 d均不变9如图所示，测力计、绳子和滑轮的质量都不计，摩擦不计。物体a重40n，物体b重10n。以下说法正确的是( )a地面对a的支持力是30nb物体a受到的合外力是30 nc测力计示数20 n d测力计示数30 n10如图所示，斜面体质量为m，倾角为，置于水平地面上，当质量为m的小木块沿斜面体的光滑斜面自由下滑时，斜面体仍静止不动。则( )