高中物理第5章力与平衡第3节力的平衡第4节平衡条件的应用鲁科鲁科高一物理

2021/12/9
第十四页，共三十九页。
要点
静态平衡问题(wèntí)的处理
(1y.à解odi决ǎn静)二态平衡问题的常用方法
(1)合成法:对于三个共点力作用下的物体平衡,任意两个力的合力与第三个力大小相等、方
向相反(xiāngfǎn).
(2)分解法:对于三个共点力作用下的物体平衡,任意一个力沿与另外两个力反方向
支持的面大小两个因素
) √
)
√
2021/12/9
第八页，共三十九页。
感悟(gǎnwù)解题规pínghéng)状态及平衡(pínghéng)条件的理解 1一.对平衡状态的理解
(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.
第3节 力的平衡(pínghéng) 第4节 平衡条件的应用
2021/12/9
第一页，共三十九页。
教师备课(bèi kè)参考
|核心(héxīn)素养养成目标|
物理观念
1.认识平衡状态(zhuàngtài)及静态平衡. 2.知道共点力的平衡条件,并能应用其解决问题.
3.了解平衡的种类和稳度,知道影响稳度的因素.
沿斜面方向有:2mgsin θ=Ncos θ
联立两式得:NB=mgcos θ+2mg sin2 =mg 1 sin2 N= 2mg sin =2mgtan θ.
cos
cos
cos
1 sin2
答案:(1)mgcos θ mg
(2)2mgtan θ
cos
2021/12/9
第二十一页，共三十九页。
科学思维与科学探究
1.注意引导学生学会如何把生产和生活中的具体情景转换成物理模型,再应用相关的物 理规律来分析力的平衡问题. 2.通过解析法和图解法,掌握如何分析动态平衡问题.
科学态度与责任
通过力的平衡及平衡条件应用的学习,体会物理规律与生活的联系.
2021/12/9
第二页，共三十九页。
|教学(jiāo xué)重难点|
静状止态的平衡.
2.平衡条件:合力为 零,表达式为F合=0. 3.力的平衡:作用在物体上的几个力的合力为
【思考判断】
零的情况.
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.物体的速度等于零时,物体一定处于平衡状态.(
)
×
3.物体所受合外力为零时,就一定处于平衡状态.(
)×
√
2021/12/9
〚针对训练2-1〛(2017·江西省景德镇市高一检测)如图所示,小球被轻质细绳系住斜吊着 放在静止的光滑斜面上,设小球质量m=1 kg,斜面倾角θ=30°,细绳与竖直方向夹角α=30°,光 滑斜面体的质量M=3 kg,置于粗糙水平面上(g取10 m/s2).求: (1)细绳对小球拉力(lālì)的大小;
教学重点
共点力的平衡条件. 教学难点(nádiǎn) 共点力作用下平衡条件的应用.
2021/12/9
第三页，共三十九页。
2021/12/9
探寻(tàn xún)基本知识 感悟解题(jiě tí)规律 测评(cè pínɡ)学习效果
第四页，共三十九页。
知识点一
探寻基本知识·树立物理(wùlǐ)观念
第六页，共三十九页。
知识点二 平衡(pínghéng)的种类和稳度 【情境导学】
如图所示(甲)、(乙)、(丙)三个圆锥体分别属于什么类型的平衡?当它们偏离平衡 位置时重心(zhòngxīn)高度如何变化?
答案(dá àn):(甲)属于不稳定平衡,(乙)属于稳定平衡,(丙)属于随遇平衡.偏离平衡位置 时重心的变化情况:(甲)降低,(乙)升高,(丙)不变.
2021/12/9
第十五页，共三十九页。
【典例2】 沿光滑(guāng huá)的墙壁用网兜把一个足球挂在A点,如图所示,足球的 质量为m,网兜的质量不计,足球与墙壁的接触点为B,悬绳与墙壁的夹角为α,求悬绳 对球的拉力和墙壁对球的支持力的大小.
〚思路探究〛 (1)题中的足球所处的状态是什么?受几个力? 答案:静态平衡,受三个力(重力、悬绳的拉力、墙的支持力).
总之,平衡状态是指加速度为零的状态. 2.对共点力作用下平衡条件的理解 (1)两种表达式
①F合=0 ②
F x 合 0
F
y合
0
2021/12/9
第九页，共三十九页。
(2)由平衡条件得出的结论 ①物体受三个力作用平衡时,其中任意两力的合力(hélì)必与第三个力等大反向.
②物体受三个以上的力作用平衡时,其中任意一个力与其余几个力的合力等大反
向. ③物体处于平衡状态时,沿任意方向物体所受的合力均为零.
2021/12/9
第十页，共三十九页。
【典例1】(2016·黄山高一期末)下列说法正确的是(
)D
A.物体速度为零时,物体一定处于平衡状态
B.静止的物体才能平衡,运动(yùndòng)的物体不能平衡
C.加速度不为零时,物体也可能平衡
D.只要物体加速度为零,不管其运动还是静止,都一定处于平衡状态
进行分解,所得分力与另外两个力大小相等、方向相反. 2.解决静态平衡问题的基本步骤
(1)选取研究对象.
(2)对所选取的研究对象进行受力分析,并画出受力图.
(3)建立平衡方程.若各个力作用在同一直线上,可直接用F合=0的代数式列方程.若几个力 不在同一直线上,可用Fx合=0与Fy合=0联立列出方程组.
共点力作用(zuòyòng)下物体的平衡条件
【情境导学】 一物体(wùtǐ)放在粗糙的水平面上,质量m=5 kg,物体与水平面间的动摩擦
因数为μ=0.3,当用水平力F作用在物体上时,物体恰好做匀速直线运动,(g取10 N/kg)
则
(1)匀速直线运动是平衡状态吗? (2)物体处于平衡状态时受的合外力是多少? (3)此时力F应为多少?
(2)正交分解(fēnjiě)法能解决此类问题吗?如何建坐标系?
答案:能,可建两轴分别为水平和竖直的坐标系.
2021/12/9
第十六页，共三十九页。
解析:法一 合成法
取足球和网兜作为研究对象(duìxiàng),它们受重力G=mg、墙壁的支持力N和悬
绳的拉力T三个共点力作用而平衡.由共点力平衡的条件可知,N和T的合力F与G大
第十二页，共三十九页。
(教师备用)
例1-1:(2016·静海高一检测)下列说法正确的是( )
C
A.相对另一个物体匀速运动(yúnsù yùndòng)的物体一定是动态平衡
B.相对另一个物体静止的物体一定是静态平衡
C.不论是动态平衡还是静态平衡其合力一定为零
D.速度为零的物体一定是静态平衡
解析:相对地面处于静止和匀速直线运动状态的物体才是平衡状态,所以选项A,B错误; 平衡状态物体所受合力必为零,选项C正确;速度为零的物体可能(kěnéng)加速度不为 零,不一定是静态平衡,选项D错误.
(yàodiǎn)三
所谓动态平衡问题,就是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢变化的平衡问题.
解析:物体的速度为零时,其加速度不一定(yīdìng)为零,则不一定处于平衡状态,如竖 直上抛的最高点,故选项A错误;若物体做匀速直线运动,此时也是平衡状态,选项B错误; 加速度不为零时,即合外力不为零,物体一定不平衡,选项C错误;平衡条件是合外力为 零,与速度是否为零无关,选项D正确.
误区警示 静止状态与平衡
小相等、方向相反,即F=G,作平行四边形如图所示.由三角形知识得:N=Ftan
α=mgtan α, T= = .
F
mg
cos cos
法二 分解法
取足球和网兜作为(zuòwéi)研究对象,其受重力G=mg、墙壁的支持力N、悬绳的拉 力T,如图所示,将重力分解为F1′和F2′.由共点力平衡条件可知,N与F1′的合力必为 零,T与F2′的合力也必为零,所以N=F1′=mgtan α,T= F2′ = .
mg cos
2021/12/9
第十七页，共三十九页。
法三 正交分解法
取足球和网兜作为研究对象,受三个力作用(zuòyòng),重力G=mg、墙壁的支持力N、 悬绳的拉力T,如图所示,取水平方向为x轴,竖直方向为y轴,将T分别沿x轴和y轴方向 进行分解.由平衡条件可知,在x轴和y轴方向上的合力Fx合和Fy合应分别等于零.即
Fx合=N-Tsin α=0 ①
Fy合=Tcos α-G=0 ② 由②式解得T= = 代入①式得N=TsinG α=mm ggtan α .
答案: mgtancαo s c o s
mg cos
2021/12/9
第十八页，共三十九页。
规律方法 平衡(pínghéng)问题求解方法的选取
(1)合成法或分解法实际上都是平行四边形定则的运用,即通过两个力的等效合力或 某个力的两个等效分力建立已知力与被求力之间的联系,为利用平衡条件解决问题 做好铺垫.
2021/12/9
第七页，共三十九页。
【知识梳理】
1.种类: 不稳定 平衡、 稳定(平wě衡nd、ìng随) 遇平衡.
(wěndìng)
2.稳度:物体的稳定程度,稳度的大小由
的重高心低和
决定.
【思考判断(pànduàn)】
1.“伸臂桥”以增大支持面的形式增加了桥的稳定性.(
2.不倒翁能处于平衡状态,而且不倒翁属于稳定平衡.(
解析:(1)以小球为研究对象,受力分析如图(1)所示.
根据(gēnjù)平衡条件得知,T与N的合力F=mg
Tcos 30°= 1 F,得 T= 1 mg/cos 30°= 10 3 N.
2
2
3
答案:(1) 10 3 N 3
2021/12/9
第二十二页，共三十九页。
(2)地面(dìmiàn)对斜面体的摩擦力的大小和方向.
〚思路探究〛 (1)物体静止或匀速直线运动时,还受力的作用吗? 答案:受力的作用,只不过合外力为零.
(2)当物体的速度为零时(línɡ shí),物体一定处于平衡状态吗?
答案:不一定. (3)合外力为零时,物体的速度一定为零吗?
答案:不一定,因为匀速直线运动时,合外力为零.
2021/12/9
第十一页，共三十九页。
(1)平衡状态是指合外力为零,而不是指速度为零;静止状态是指速度为零,且合外力为 零.
(2)速度为零可能是静止状态,也可能是物体做变速运动过程中的一个(yī ɡè)瞬时状
态,若此状态合外力不为零,则不是平衡状态.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.
2021/12/9
(1)斜面对小球A和B的支持力大小; (2)竖直挡板对小球B的支持力大小.
2021/12/9
第二十页，共三十九页。
解析:对A球进行受力分析,如图(甲)所示,A球重力垂直于斜面方向的分力与斜面对小
球的支持力相等(xiāngděng);NA=mgcos θ
A球重力沿斜面方向的分力与B球对A球的弹力相等FBA=mgsin θ 对B球进行受力分析,如图(乙)所示,且FBA=FAB=mgsin θ, 在垂直于斜面的方向上有NB=mgcos θ+Nsin θ
解析: (2)以小球和斜面体整体为研究对象,受力分析如图(2)所示.由于系统静止,
合力为零,则有 f=Tcos 60°= 10 3 × 1 N= 5 3 N,方向水平向左.
32
3
答案:(2) 5 3 N,方向水平向左 3
2021/12/9
第二十三页，共三十九页。
要点
物体的动态平衡问题(wèntí)分析
2021/12/9
第十三页，共三十九页。
〚针对(zhēnduì)训练1-1〛 (2016·福州模拟)下列物体中,处于平衡状态的是( )B A.正在加速驶离站台的火车
B.正在做匀速直线飞行的飞机 C.正在减速滑行的汽车 D.正在转弯的自行车
解析:物体受到平衡力作用时能保持平衡状态,即静止状态或匀速直线运动状态,正 在加速驶离站台的火车、正在减速滑行的汽车和正在转弯的自行车,不是匀速 直线运动,所以选项A,C,D错误(cuòwù),选项B正确.
(2)解物体在三个以上共点力作用下的平衡问题,一般不选择合成法,而是选择正 交分解法.
2021/12/9
第十九页，共三十九页。
(教师备用)
例2-1:(2017·河北省沧州市高一月考)如图所示,斜面和竖直挡板(dǎnɡ bǎn)均光滑,斜 面倾角为θ,A,B两个光滑小球如图放置在斜面和竖直挡板之间,两小球质量均为m,求:
答案:(1)是.
(2)合外力为零. (3)F=μmg=0.3×5×10 N=15 N.
2021/12/9
第五页，共三十九页。
【知识(zhī shi)梳理】
1.平衡状态与静态平衡
(1)平衡状态:物体保持
或静止(jìngzh匀ǐ)速直线运的动状(y态ùnd. òng)
(2)静态平衡:物体在力的作用下处于