人教版高中物理必修1学考优化指导物理习题课3.2配套PPT课件

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习题课:共点力的平衡
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解析 取金属球为研究对象,有风时,它受到三个力的作用:重力 mg、水平方向的风力F和金属丝的拉力FT,如图所示。这三个力是 共点力,在这三个共点力的作用下金属球处于平衡状态,则这三个 力的平衡
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处理平衡问题常用的三种方法 情景导引 如图所示,重物的重力为G,轻绳AO与BO的A、B端是固定的,平衡 时AO是水平的,BO与竖直方向的夹角为θ,能否用分解法和合成法 两种方法求出AO的拉力FT1和BO的拉力FT2的大小?
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核心素养培养目标 核心素养形成脉络 1.理解共点力作用下物体平衡状态的 概念,能推导出平衡条件。 2.会用共点力平衡条件解决有关力的 平衡问题。 3.学会用图解法、 解析法分析动态平衡 问题。
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典例剖析 【例3】 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下悬挂着一个金属球,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 方向一定角度。风力越大,偏角越大。通过传感器,就可以根据偏 角的大小测出风力的大小,求风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ 之间的关系。
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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=mgtan θ。 方法二:(力的分解法)重力有两个作用效果:使金属球抵抗风的吹 力和使金属丝拉紧,所以可以将重力沿水平方向和金属丝的方向进 行分解,如图乙所示,由几何关系可得F=F'=mgtan θ。 方法三:(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,如图丙所示。 根据平衡条件有 Fx合=FTsin θ-F=0 Fy合=FTcos θ-mg=0 解得F=mgtan θ。 答案 F=mgtan θ
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要点提示 如果物体受两个力作用而平衡,这两个力一定等大反 向且作用在一条直线上,即合力为零。如果物体受多个力而平衡, 根据力的合成定则,我们可以把任意两个共点力用一个合力来等效 代替,据此,三个以上的共点力最终都可以等效简化为两个共点力。 可见,三个以上共点力的平衡,最终也都可以简化为二力平衡。根 据二力平衡条件,我们就可以得出在共点力作用下物体的平衡条件 是合力为零,即F合=0。
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要点提示 选取O点为研究对象,其受力如图甲所示,O点受到三 个力的作用:重物对O的拉力大小为G,AO绳的拉力FT1,BO绳的拉力 FT2。如图乙所示,作出FT1和FT2的合力等于重力大小,在三角形中 解出两绳拉力大小。如图丙所示,将重力沿两绳的方向分解,在三 角形中解出两绳拉力大小。
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知识归纳 1.合成法:物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力 一定与第三个力大小相等、方向相反,据此画出这两个力合成的平 行四边形,利用几何知识求解力三角形。 2.分解法:物体受三个共点力的作用而平衡,将某一个力按其他两 个力的作用线分解,则其分力和其他两个力分别等大、反向。 3.正交分解法:物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,将物体 所受的力分解到相互垂直的x、y轴上,则x(或y)轴上各分力的合力 为零。
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典例剖析 【例1】 物体受共点力作用,下列说法正确的是 ( ) A.物体的速度等于零,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.物体所受合力为零时,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,物体所受合外力为零。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错;物体相对于 另一物体静止时,该物体相对地面不一定静止,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; 选项C符合平衡条件,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,选项D错。 答案 C
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【例2】 物体在F1=7 N、F2=10 N、F3=10 N这三个互成角度的 共点力作用下处于平衡状态,求F1和F3合力的大小和方向。 解析 因为三力平稳时三个力的合力必为零,则F1和F3合力必定 与F2的合力为零。因此F1和F3合力的大小等于10 N,方向与F2方向 相反。 答案 F1和F3合力的大小等于10 N,方向与F2方向相反。
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共点力作用下物体的平衡 情景导引 我们处在一个异彩纷呈的世界里,世界上的物体可谓千姿百态。 远古的巨石千百年来一直神奇地矗立着(图)。都市里的人,却自有 动中取静的办法,到了大商场里,你只要站着不动,自动扶梯就会安 稳匀速地送你上楼下楼(图)。从物理学的角度来看,如果一个物体 保持静止或做匀速直线运动,我们就说这个物体是处于平衡状态。 因此,巨石、匀速电梯上站立的人都是处于平衡状态。那么,保持 物体平衡需要什么条件呢?