高中物理 4.34.4 力的平衡 平衡条件的应用（精讲优练课型）课件 鲁科版必修1.ppt

第3节力的平衡第4节平衡条件的应用 一 共点力作用下物体的平衡条件1 平衡状态 物体保持 或 状态 2 共点力的平衡条件 为零 即f合 0 3 力的平衡 作用在物体上的几个力的 为零 静止 匀速直线运动 合力 合力 判一判 1 若一个物体处于平衡状态 则此物体一定处于静止状态 2 停在斜面上的汽车处于平衡状态 3 f1赛道上汽车刚启动的一瞬间处于平衡状态 提示 1 平衡状态是指物体处于静止或匀速直线运动状态 2 停在斜面上的汽车所受合力为零 处于平衡状态 3 汽车刚启动瞬间合外力不为零 没有处于平衡状态 二 平衡的种类和稳度1 平衡的种类 1 平衡 2 平衡 3 平衡 不稳定 稳定 随遇 2 稳度及影响稳度的因素 1 稳度 物体的 2 影响因素 重心的高低 重心越低 稳度 a 越大b 越小 支持面的大小 支持面越大 稳度 a 越大b 越小 稳定程度 a a 判一判 1 汽车上的乘客两脚分开站立 能提高自身稳度 2 伸臂桥 以增大支持面的形式增加了桥的稳定性 3 赛车有一副 身矮轮宽 的怪模样是为了提高比赛的观赏性 提示 1 汽车上的乘客两脚分开站立 重心降低 故能提高自身稳度 2 伸臂桥 在将木块重叠逐渐向河面延伸时增大了支持面 减小河面跨度 在使重心通过支持面的情况下 保证了桥的稳定性 3 赛车 身矮 降低了重心 轮宽 增大了支持面 从而提高了赛车的稳定性 三 平衡条件的应用1 物体的静态平衡 物体所受力的 为零 处于 的平衡状态 2 物体在某方向的平衡 运动的物体在某一方向上 为零时 在该方向上处于平衡状态 合力 静止 合力 想一想 如果物体受到三个共点力的作用而处于平衡状态 则任意两个力的合力与第三个力有什么关系 提示 如果物体受到三个共点力的作用而处于平衡状态 要满足f合 0的条件 则任意两个力的合力必与第三个力大小相等 方向相反 一 对物体平衡状态的理解思考探究 如图所示 将一小球竖直上抛 当小球到达最高点时 小球的速度为零 小球是否处于平衡状态 提示 小球在最高点时 速度为零 仍受重力作用 没有处于平衡状态 归纳总结 1 从运动学的角度理解平衡状态 平衡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 2 从动力学的角度理解平衡状态 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 3 静态平衡与动态平衡 1 静态平衡是处于静止状态的平衡 合力为零 2 动态平衡是匀速直线运动状态的平衡 合力为零 4 平衡状态与力的平衡 典例示范 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时 物体一定处于平衡状态b 物体相对于另一物体保持静止时 物体一定处于平衡状态c 物体所受合力为零时 物体一定处于平衡状态d 物体做匀加速运动时 物体一定处于平衡状态 解题探究 1 在共点力作用下的物体处于平衡状态的条件是 2 物体做匀速运动时 加速度 合外力 均选填 a 为零b 不为零 合力为零 a a 正确解答 选c 物体在某时刻的速度为零 所受合力不一定为零 故不一定处于平衡状态 a错误 物体相对于另一物体静止 则说明该物体与另一物体具有相同的速度和加速度 也不一定处于平衡状态 b错误 物体做匀加速运动时 加速度不为零 一定不是平衡状态 d错误 只有c满足平衡条件 c正确 规律方法 静止 与 v 0 的区别 1 物体保持静止状态 说明v 0 a 0 物体受合外力为零 物体处于平衡状态 2 物体运动速度v 0则有两种可能 v 0 a 0 物体受合外力不等于零 物体并不保持静止 处于非平衡状态 如上抛到最高点的物体 v 0 a 0 这种情况与 1 中的静止状态一致 过关训练 1 下列说法正确的是 a 物体处于平衡状态指的是物体的匀速直线运动状态b 物体所受的合力为零时 物体一定处于平衡状态c 物体所受的合力为零时 物体不一定处于平衡状态d 物体处于平衡状态时一定静止 解析 选b 物体处于平衡状态指的是物体处于静止或匀速直线运动状态 a d错误 物体处于平衡状态的条件就是合力为零 故b正确 c错误 2 2015 南京高一检测 如图所示 物体受到与水平方向成30 角的拉力f作用向左做匀速直线运动 则物体受到的拉力f与地面对物体的摩擦力的合力是 a 向上偏左b 向上偏右c 竖直向上d 竖直向下 解析 选c 由于物体向左做匀速运动 所以如果将力f分解到水平和竖直方向上 水平方向的分力f1与摩擦力等大反向 只剩下竖直向上的分力f2 所以拉力f与摩擦力的合力是竖直向上的 本题也可将物体所受的弹力与重力等效为一个竖直向下的力 这样物体就受到三个力的作用 拉力f与摩擦力的合力应该与第三个力等大反向 故c选项正确 3 如图 放在水平桌面上的木块受到f1 8n f2 3n两水平推力作用而静止 若撤去f1 则木块在水平方向上受到的合力为 a 0b 3n 向左c 2n 向右d 8n 向左 解析 选a 木块原来处于静止状态 则所受摩擦力为静摩擦力 取向右为正方向 由平衡条件得f1 f2 f 0 得静摩擦力f 5n 向左 撤去f1后 f2使木块产生向左的运动趋势 由于f2 5n 木块仍静止 故此时木块在水平方向上受到的合力为0 此时静摩擦力f 3n 向右 与f2平衡 故选a 补偿训练 下列物体中处于平衡状态的是 a 静止在粗糙平面上的物体b 沿光滑斜面自由下滑的物体c 在粗糙的水平面上匀加速运动的木块d 神舟十号 的返回舱打开降落伞后减速下降 解析 选a a项中物体静止 是平衡状态 b c d项中物体具有加速度 不是平衡状态 故选a 二 共点力的平衡条件及其应用思考探究 如图所示 两个弹簧测力计通过小钢丝环 质量忽略不计 吊起三个钩码 保持静止不动 1 试分析两个测力计拉力的合力与所挂钩码的重力有什么关系 物体 钢丝环 受三个力作用下的平衡条件是什么 2 根据上面的实验 若物体受三个以上的共点力而平衡 其平衡条件是怎样的 由此可以得到什么规律 提示 1 以钢丝环为研究对象 且其始终静止 求出的两个测力计的合力总是等于物体的重力 钢丝环受三个力的作用 两个测力计的拉力可用其合力替代 钩码对它的向下拉力等于钩码的重力 且两个测力计拉力的合力方向与重力方向相反 则钢丝环所受的合力为零 物体受到三个力的作用处于平衡状态时 整个物体所受合力为零 2 根据力的合成定则 任意两个共点力都可用一个合力来等效替代 所以三个以上的共点力最终都可以简化为两个共点力 根据二力平衡条件 可知三个以上共点力作用下的物体的平衡条件是合力为零 规律 物体在共点力作用下处于平衡状态时 其合力为零 归纳总结 1 共点力的平衡条件 如果共点力的合力为零 则在两个相互垂直的方向上的合力也必然为零 即fx合 0 fy合 0 2 平衡条件的四个常用推论 1 二力平衡条件 这两个共点力大小相等 方向相反 2 三个力平衡条件 三个共点力平衡时 其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等 方向相反 而且在同一条直线上 3 物体在n个共点力同时作用下处于平衡状态时 这些力在任何一个方向上的合力均为零 其中任意 n 1 个力的合力必定与第n个力等值反向 作用在同一直线上 4 物体在多个共点力作用下处于平衡状态时 各力首尾相接必构成一个封闭的多边形 3 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 分析研究对象所处的运动状态 判定物体是否处于平衡状态 3 对研究对象进行受力分析并画出受力示意图 4 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 5 求解方程 并讨论结果 4 处理平衡问题的两点说明 1 物体受三个力平衡时 利用力的分解法或合成法比较简单 2 解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合 需要分解的力尽可能少 物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法 典例示范 2015 西安高一检测 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 该工人推力与水平面间夹角为 求工人推力的大小 重力加速度为g 解题探究 1 木箱运动过程中受到几个力的作用 试画出受力示意图 提示 受到四个力的作用 受力示意图如图所示 2 根据力的平衡 求推力的大小时 分解哪个力方便一些 提示 分解推力方便一些 正确解答 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 由 得f mg fsin 代入 所以f 答案 过关训练 1 拓展延伸 若将 典例示范 中的推力改为拉力 拉力与水平面间夹角为 求工人拉力的大小 解析 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 f cos f 0 n mg f sin 0 f n 由 式可得f 答案 2 如图所示 质量为m的物体在恒力f作用下沿天花板做匀速直线运动 物体与天花板间的动摩擦因数为 则物体受到的摩擦力大小为多少 解析 物体受力分析如图所示 由于物体匀速运动 由平衡条件可知 在竖直方向上fsin n mg 0 在水平方向上fcos f 0 并且f n 可知f fcos 或f fsin mg 答案 fcos 或 fsin mg 3 2015 成都高一检测 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 n代入数值得答案 1 340n 2 0 24 补偿训练 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n op与水平方向的夹角为 下列关系正确的是 a f b f mgtan c n d n mgtan 解析 选a 对小滑块受力分析如图所示 根据三角形定则可得f n 所以a正确 拓展例题 考查内容 平衡的分类 典例示范 如图所示 羽毛球a b以不同方式放置在水平桌面上 则a b分别属于哪类平衡 a 随遇平衡 稳定平衡b 不稳定平衡 稳定平衡c 稳定平衡 不稳定平衡d 稳定平衡 随遇平衡 正确解答 选b 当羽毛球偏离平衡位置时 a球的重心会降低 不能自动回到原来的平衡位置而继续保持平衡状态 属于不稳定平衡 b球偏离平衡位置时 重心升高 能自动回到原来的平衡位置 属于稳定平衡 所以b正确 a c d错误 用图解法分析动态平衡问题 案例体验 如图所示 用轻绳系住一个小球 放在倾角为 的光滑斜面上 当轻绳由水平方向逐渐向上缓慢偏移时 小球仍保持静止状态 则轻绳上的拉力将 a 逐渐增大b 逐渐减小c 先增大后减小d 先减小后增大 解析 选d 如图所示 对小球受力分析知 小球受三个力的作用而保持平衡 且拉力t和支持力n的合力和重力g相平衡 即拉力t和支持力的合力保持不变 因为支持力始终是与斜面垂直的 所以支持力的方向不变 根据几何知识 点到线的垂线段最短 当拉力t的方向和支持力的方向相垂直时 拉力t取得最小值 所以当轻绳向上缓慢偏移时 拉力先减小后增大 选项a b c错 选项d正确 方法技巧 图解法分析动态平衡问题的思路 1 明确研究对象 2 分析物体的受力 确定物体所受的三个力中哪个是恒力 哪个是方向不变的力 哪个是方向变化的力 3 用力的合成或力的分解作平行四边形 也可简化为矢量三角形 4 正确找出力的变化方向及力的方向的变化范围 5 根据有向线段的长度变化判断各个力的变化情况 分析在力的方向变化的过程中 力的大小是否存在极值问题 补偿训练 2015 长春高一检测 如图所示 把