3.5共点力的平衡课件(共27张PPT) 高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

(共27张PPT)
3.5 共点力平衡
目标
2
会按力的作用效果分解力.
3
会根据平衡条件，利用合成法和正交分解法解决简单的三力平衡问题.
1
知道什么是共点力，理解平衡状态，掌握共点力平衡的条件.
共点力平衡的条件
第一部分
问题与思考
1.图甲、乙、丙、丁分别画出了重力为G的木棒在力F1和F2的共同作用下处于平衡状态的情况，把四种情况的受力分成两类，你认为哪些情况属于同一类？你是根据什么来划分的？
共点力
非共点力
问题与思考
静止的书
静止的电灯
随传送带匀速
运送的物体
沿直线公路匀速
前进的汽车
2.请在下图中画出各物体受力的示意图，并分析它们的运动状态有什么共同点？
平衡状态
一、共点力 共点力的平衡条件
1.共点力：如果一个物体受到两个或更多个力的作用，这些力共同作用在同一点上，或者虽不作用在同一点上，但是它们的延长线交于一点或者反向延长线交于一点，这样一组力叫作共点力.
2.平衡状态：保持静止或匀速直线运动的状态.
静止的书
作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、
方向相反，并且在同一条直线上，这两个力平衡。
FN=G
F合=0
力的合成
二力平衡
平衡条件：合力为0
3.共点力的平衡条件：
F
F
：传送带对物体的作用力
力的合成
平衡条件：合力为0
三力平衡
三力平衡
二力平衡
等效
四力平衡
三力平衡
二力平衡
等效
等效
=0
=0
=0
平衡条件
：合力为
0
四力平衡
一、共点力 共点力的平衡条件
1.共点力：如果一个物体受到两个或更多个力的作用，这些力共同作用在同一点上，或者虽不作用在同一点上，但是它们的延长线交于一点或者反向延长线交于一点，这样一组力叫作共点力.
2.平衡状态：保持静止或匀速直线运动的状态.
3.共点力的平衡条件：合力为0.
1.平衡状态中所说的“静止”如何理解？ 一个物体在某一时刻速度v ＝0，那么物体在这一时刻一定受力平衡吗？
对静止的理解：“静止”要满足两个条件：v＝0，a＝0，两者缺一不可.“保持”某状态与某“瞬时”状态有区别.例如，竖直上抛的物体运动到最高点时，这一瞬时速度为零，但这一状态不可能保持，因而上抛物体在最高点不能称为静止，即速度为零不等同于静止，物体在这一时刻不一定受力平衡.
问题与思考
2.若一个物体在N个共点力的作用下处于平衡状态，那么任意(N－1)个力的合力与第N个力之间有什么关系？
若物体处于平衡状态，任意(N－1)个力的合力与第N个力总是大小相等、方向相反且作用在同一条直线上.
问题与思考
例：如图所示，物体在五个共点力的作用下保持平衡.如果撤去力F1，而保持其余四个力不变，请在图上画出这四个力的合力的大小和方向.
对平衡条件的理解
共点力合力为0的具体表达形式：
F合 = 0
物体受三个力：
三个力首尾相接构成一个闭合三角形
任意两个力的合力和第三个力是一对平衡力
正交分解：
Fx = 0
Fy = 0
物体受多个力时：
正交分解：
Fx = 0
Fy = 0
物体受两个力时：
例：(多选)关于共点力，下列说法中正确的是
A.作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，这两个力是共点力
B.作用在一个物体上的两个力，如果是一对平衡力，则这两个力就是共点力
C.作用在一个物体的共点力一定在同一个平面内.
D.作用在一个物体的几个力，如果它们力的作用线交汇于同一点，则这几个力是共点力
√
√
(1)只有静止的物体才受力平衡。(　　)
(2)某时刻物体的速度不为零，也可能处于平衡状态。(　　)
(3)作用在一个物体上的两个力如果是一对平衡力，则这两个力是共点力。(　　)
×
√
√
　物体在五个共点力的作用下保持平衡，如图所示，其中F1大小为10 N，方向水平向右，求：
(1)若撤去力F1，而保持其余四个力不变，其余四个力的合力的大小和方向；
例1
(2)若将F1转过90°，物体所受的合力大小。
10 N　方向水平向左　
实例分析与方法探究
第二部分
问题与思考
如图所示，一个质量为m的物体在倾角为θ的斜面上保持静止，重力加速度为g，请分别用力的合成法和正交分解法推导出物体所受的支持力和摩擦力与重力的大小关系.
y
力的合成法
正交分解法
1.力的合成法——一般用于受力个数为三个时
(1)确定要合成的两个力；
(2)根据平行四边形定则作出这两个力的合力；
注意：根据平衡条件确定两个力的合力与第三力的关系(等大、反向);
(3)根据三角函数或勾股定理解三角形。
2.正交分解法——一般用于受力个数为三个或三个以上时
(1)建立直角坐标系，让尽量多的力与坐标轴重合；
(2)正交分解不在坐标轴上的各力；
(3)沿坐标轴方向根据平衡条件列方程求解。
梳理与总结
　生活中常用一根水平绳拉着悬吊重物的绳索来改变或固定悬吊物的位置。如图所示，悬吊重物的细绳，其O点被一水平绳BO牵引，使悬绳AO段和竖直方向成θ角。若悬吊物所受的重力为G，则悬绳AO和水平绳BO所受的拉力各等于多少？(用两种方法进行求解)
例2
方法一　合成法
如图所示，取O点为研究对象进行受力分析，
由共点力的平衡条件可知F4＝F3＝G
由图示几何关系可知
水平绳BO所受的拉力F2＝F4tan θ＝Gtan θ
方法二　正交分解法
如图所示，以O为原点建立直角坐标系，取O点为研究对象进行受力分析，悬绳AO和水平绳BO上的拉力分别为F1、F2，
由共点力的平衡条件和几何关系可知
在x方向上F2＝F1x＝F1sin θ (1)
在y方向上F3＝F1y＝F1cos θ＝G (2)
根据牛顿第三定律，悬绳AO和水平绳BO所受的拉力大小分别为
和Gtan θ。
课堂小结
力的合成法
正交分解法
共点力
平衡状态
平衡条件
静止
匀速直线运动
合力为0
目标一：共点力 共点力的平衡条件
目标二：三力平衡问题
共点力的平衡
巩固提升
第三部分
　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FN，OP与水平方向的夹角为θ。重力加速度为g，下列关系式正确的是
例3
√
　如图所示，将一劲度系数k＝100 N/m，原长L1＝8 cm恰好与A、B两点距离相等的弹性橡皮绳固定在水平木板上，另将一重物通过轻质细绳连接一动滑轮挂在弹性橡皮绳上，此时橡皮绳的总长度为L2＝10 cm，重力加速度g＝10 m/s2，则所挂重物的质量为
A.0.40 kg B.0.32 kg C.0.24kg D.0.10 kg
例4
√
1、当物体在共点力的作用下处于平衡状态时，下列说法正确的是（ ）
A．物体一定保持静止 B．物体一定做匀速直线运动
C．物体的加速度为零 D．物体一定做匀加速直线运动
C
2、关于物体在共点力作用下，下列说法正确的是（ ）
A．物体的速度在某一时刻等于0，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．物体处于平衡状态，所受合力一定为0
D．物体处于平衡状态时，物体一定做匀速直线运动
C
3、图所示，一根金属直杆AB放置在水平固定的光滑半球形碗内，稳定时直杆与水平方向的夹角 。直杆在A点处受到碗的作用力大小为NA，在B点处受到碗的作用力大小为NB，则NA:NB为（　　）
A． B．2∶3
C．1 ∶1 D．
C
A． B．
C . D .
4、图中弹簧测力计、绳和滑轮的重量均不计，绳与滑轮间的摩擦力不计，物体的质量都是m，在图甲、乙、丙三种情况下，弹簧测力计的读数分别为 、 、 ，则下列关系式正确的是（　　）
A
5、如图所示，某钢制工件上开有一个楔型凹槽，凹槽的截面是一个直角三角形，三个角的度数分别是 ， ， ，在凹槽中放有一个光滑的金属球，当金属球静止时，金属球对凹槽的AB边的压力为F1、对BC边的压力为F2，则 的值为（　　）
A． B．
C． D．
C
6、如图所示，一只半球形碗倒扣在水平桌面上，质量为m的蚂蚁能停在图中的A点，半径与水平线 的夹角为θ，则蚂蚁所受摩擦力大小为（　　）
A． B． C． D．
A