_新教材高中物理第3章相互作用6共点力作用下物体的平衡学案教科版必修第一册

共点力作用下物体的平衡

学习目标：1.[物理观念]知道什么是平衡状态，理解共点力平衡的条件． 2.[科学思维]会利用合成法，分解法，图解法解决平衡及动态平衡问题． 3.[科学思维]会利用正交分解法处理平衡及动态平衡问题．

一、共点力作用下物体的平衡状态

1．平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动的状态． 2．举例：光滑水平面上匀速滑动的物块；沿斜面匀速下滑的木箱；天花板上悬挂的吊灯等．

二、共点力作用下物体的平衡条件

1．共点力的平衡条件：合力为零，即F 合＝0.

2．共点力平衡条件的另一种表达式

⎩⎪⎨⎪⎧ F x 合＝0F y 合＝0

其中F x 合和F y 合分别是将所受的力进行正交分解后，物体在x 轴和y 轴方向上所受的合力．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)某时刻物体的速度为零时，物体一定处于平衡状态．

(×) (2)物体只有在不受力作用时才能保持平衡状态．

(×) (3)所受合力保持不变的物体处于平衡状态．

(×) (4)物体处于平衡状态时加速度一定为零．

(√) (5)物体处于平衡状态时任意方向的合力均为零．

(√)

2．若一个物体处于平衡状态，则此物体一定是( )

A ．静止的

B ．匀速直线运动

C ．速度为零

D ．所受合力为零 D [平衡状态是指物体处于静止或做匀速直线运动的状态，A 、B 、C 错误；处于平衡状态时物体所受的合力为零，D 正确．]

3．(多选)下面关于共点力的平衡与平衡条件的说法正确的是( )

A ．如果物体的运动速度为零，则必处于平衡状态

B ．如果物体的运动速度大小不变，则必处于平衡状态

C ．如果物体处于平衡状态，则物体沿任意方向的合力都必为零

D．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大小相等、方向相反

CD[物体运动速度为零时不一定处于平衡状态，A错误；物体运动速度大小不变、方向变化时，不是做匀速直线运动，一定不是处于平衡状态，B错误；物体处于平衡状态时，合力为零，物体沿任意方向的合力都必为零，C正确；任意两个共点力的合力与第三个力等大反向、合力为零，物体处于平衡状态，D正确．]

共点力作用下物体的平衡状态

甲乙丙丁

甲：静止在斜面上

乙：物体沿斜面匀速下滑

丙：到达光滑斜面的最高点

丁：物体与斜面一直向左加速运动.

哪些是平衡状态？

提示：甲、乙是平衡状态.

平衡状态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

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．

【例1】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

思路点拨：①平衡状态指合力为零的状态，与速度无关．

②对应运动状态为静止或匀速直线运动．

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．]

“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：

①v＝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；

②v＝0，a＝0，这种情况与(1)中的静止状态一致．

[跟进训练]

1．关于平衡状态，下列说法正确的是( )

A．做自由落体运动的物体，在最高点时处于平衡状态

B．木块放在斜面体的斜面上，随斜面体一起向右匀速运动，木块处于平衡状态

C．木块放在斜面体的斜面上，随斜面体一起向右匀加速运动，木块处于平衡状态

D．静止在匀加速运动的列车内的水平桌面上的杯子，处于平衡状态

B[做自由落体运动的物体在最高点时，速度虽为零，但所受合力不为零，不是平衡状态，A错误；木块与斜面体相对静止，若整体做匀速直线运动，则木块处于平衡状态，若整体做匀加速直线运动，则木块也具有加速度，不是处于平衡状态，B正确，C错误；列车、桌子与杯子整体做匀加速运动，杯子也具有加速度，不是处于平衡状态，D错误．]

共点力作用下物体的平衡条件

如图所示，著名景点——黄山飞来石独自静止于悬崖之上，它受哪些力作用？这些力大小、方向有何关系？它们的合力有何特点？

提示：受重力和支持力；重力与支持力大小相等方向相反；合力为0.

1．对共点力作用下物体平衡条件的理解

(1)两种表达式：

①F 合＝0；

②⎩⎪⎨⎪⎧ F x 合＝0F y 合＝0，其中F x 合和F y 合分别是将所受的力进行正交分解后，物体在x 轴和y 轴方向上所受的合力．

(2)对应两种状态：①静止状态：a ＝0，v ＝0

②匀速直线运动状态：a ＝0，v ≠0

(3)说明：①物体某时刻速度为零，但F 合≠0，不是平衡状态，如竖直上抛的物体到达最高点时，只是速度为零，不是平衡状态；

②处于平衡状态的物体，沿任意方向的合力都为零．

2．平衡条件的几个推论

(1)若物体在两个力作用下处于平衡状态，则这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一直线上，其合力为零，这就是初中学过的二力平衡．

(2)若物体在三个力作用下处于平衡状态，则三个力的作用线必交于一点．

(3)物体在n 个共点力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 个力等大、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．

【例2】 如图所示，某个物体在F 1、F 2、F 3、F 4四个力的作用下处于静止状态，若F 4的方向沿逆时针转过60°而保持其大小不变，其余三个力的大小和方向均不变，则此时物体所受到的合力大小为( )