3.5.2 共点力的平衡(二) 课件(共26张PPT)
文档属性
| 名称 | 3.5.2 共点力的平衡(二) 课件(共26张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-07-20 22:10:12 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
第三章 相互作用——力
12
共点力的平衡(二)
2
知道轻绳、轻杆上弹力的区别，并能分析简单的平衡问题.
1
熟练运用合成法、效果分解法、正交分解法处理平衡问题.
重点
重难点
多力平衡问题
解决共点力平衡问题常用方法有合成法、效果分解法、正交分解法，效果分解法在处理问题时的几何关系与合成法很相似，合成法与正交分解法的比较如下表所示：
观察与思考
比较项 适用条件 注意事项 优点
合成法 物体受三个力作用而平衡 (1)表示三个力大小的线段长度不可随意画 (2)两力的合力与第三个力等大、反向、共线 对于物体所受的三个力，有两个力相互垂直或两个力大小相等的平衡问题求解较简单
正交分解法 物体受三个或三个以上的力作用而平衡 选坐标轴时应使尽量多的力与坐标轴重合 对于物体受三个以上的力处于平衡状态的问题求解较方便
1.物体受三个力作用平衡时，合成法是否一定比正交分解法简单？什么样的问题适合用正交分解法？
答案 不一定，当物体受到不在一条直线上的三个力(大小不等、方向不垂直)或多于三个共点力时，一般要采用正交分解法.
思考与讨论
2.试总结：用正交分解法解决平衡问题的一般步骤.
答案 ①对物体受力分析.
②建立直角坐标系：使尽可能多的力落在x、y轴上，这样需要分解的力比较少，计算方便.
③当物体处于平衡状态时，根据共点力平衡的条件，x轴、y轴上合力均为0，列式(Fx＝0，Fy＝0)求解.
1.如图所示，一个物体在同一平面内三个共点力作用下处于平衡状态，其中F1的大小为5 N，与水平方向夹角为53°，F2与水平方向夹角为30°，F3与水平方向垂直，已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，试求F2、F3的大小.
答案 见解析
建立如图所示坐标系，并正交分解F1和F2
x轴方向上有
F1cos 53°＝F2cos 30°
y轴方向上有
F3＝F1sin 53°＋F2sin 30°
联立解得
2.如图所示，物体的质量m＝4.4 kg，用与竖直方向成θ＝37°的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上，并使它沿墙壁在竖直方向做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数μ＝0.5，取重力加速度g＝10 m/s2，求推力F的大小.(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)
答案 88 N或40 N
若物体沿墙壁向上做匀速直线运动，受力分析如图甲所示，
Fcos θ＝mg＋Ff
Fsin θ＝FN
Ff＝μFN
故推力F＝88 N
若物体向下做匀速直线运动，受力分析如图乙所示，
Fcos θ＋Ff′＝mg
Fsin θ＝FN′
Ff′＝μFN′
故推力F＝40 N.
3.(课本第81页B组第4题)如图所示，重力为G的木块，恰好能沿倾角为θ的斜面匀速下滑，那么要将木块沿斜面匀速向上推，必须加多大的水平推力F.
答案 见解析
未施加水平推力F时，木块沿斜面匀速下滑，受力分析如图甲所示：
沿斜面方向有：Gsin θ＝Ff
垂直于斜面方向有：FN＝Gcos θ
且有Ff＝μFN
对木块施加水平推力F后，木块沿斜面匀速向上运动，
受力分析如图乙所示
沿斜面方向有Gsin θ＋Ff′＝Fcos θ
垂直斜面方向有FN′＝Gcos θ＋Fsin θ
且有Ff′＝μFN′
轻绳、轻杆模型
如图所示，AB、BC为轻质杆，杆的A、C端通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链相连接，要使物体保持静止，试分析AB、BC杆能否用等长的细绳代替？
观察与思考
答案 轻杆AB可以，轻杆BC不可以
AB杆对B点产生的是拉力，当用轻绳代替时效果不变，仍能使装置平衡；BC杆承受的是压力，如果使用轻绳代替，装置将无法保持平衡.
绳的弹力和杆的弹力有什么区别？杆的弹力方向是否一定沿着杆？
答案 绳对物体只能产生拉力作用，杆可以产生拉力，也可以为支持力.绳的弹力方向一定沿绳，杆的弹力方向不一定沿杆.
思考与讨论
4.(多选)一重为4 N的球固定在支杆B的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为3 N，则AB杆对球的作用力
A.大小为7 N
B.大小为5 N
C.方向与水平方向成53°角斜向右下方
D.方向与水平方向成53°角斜向左上方
√
√
5.如图甲所示，轻杆OB可绕B点自由转动，另一端O点用细绳OA拉住，固定在左侧墙壁上，质量为m的重物用细绳OC悬挂在轻杆上的O点，OA与轻杆的夹角∠BOA＝30°，轻杆OB水平.图乙中水平轻杆OB一端固定在竖直墙壁上，另一端O装有小滑轮，用一根细绳跨过滑轮后悬挂一质量为m的重物，图中∠BOA＝30°，重力加速度为g，则：
(1)图甲、乙中细绳OA的拉力各是多大？
答案 2mg mg
由于题图甲中的轻杆可绕B点自由转动，是转轴杆(“活杆”)，故其受力方向沿杆方向，O点的受力情况如图a所示，其中FT2＝mg，则O点所受的细绳OA的拉力FT1、轻杆的弹力FN1的合力与细绳OC的拉力大小相等、方向相反，故FT1＝ ＝2mg.
题图乙中是用一细绳跨过滑轮悬挂重物的，由于O点处是滑轮，它只是改变细绳中力的方向，并未改变力的大小，且AOC是同一根细绳，而同一根细绳上的力处处相等，故图b中细绳OA的拉力为FT1′＝FT2′＝mg.
(2)图甲中轻杆中的弹力是多大？
(3)图乙中轻杆对滑轮的作用力是多大？
答案 mg
对题图乙中的滑轮进行受力分析，如图b所示，由于杆OB不可转动，所以轻杆所受弹力的方向不一定沿OB方向，轻杆对滑轮的作用力FN2一定与两根细绳的合力FN2′大小相等、方向相反，FN2＝FN2′＝2mgcos 60°＝mg，则所求力的大小为mg.
①甲图中绳OA和绳OC属于两根绳，两绳上的拉力大小不一定相等.乙图中是一根绳绕过滑轮或光滑物体，这两段绳(OA段与OC段)上的拉力一定相等.
②甲图中轻杆可以绕B点自由转动，是“活杆”(也称“铰链”)，其受力方向沿杆方向.乙图中轻杆固定于墙上，是“死杆”，其受力方向不一定沿杆方向.
总结提升
第三章 相互作用——力
12
共点力的平衡(二)
2
知道轻绳、轻杆上弹力的区别，并能分析简单的平衡问题.
1
熟练运用合成法、效果分解法、正交分解法处理平衡问题.
重点
重难点
多力平衡问题
解决共点力平衡问题常用方法有合成法、效果分解法、正交分解法，效果分解法在处理问题时的几何关系与合成法很相似，合成法与正交分解法的比较如下表所示：
观察与思考
比较项 适用条件 注意事项 优点
合成法 物体受三个力作用而平衡 (1)表示三个力大小的线段长度不可随意画 (2)两力的合力与第三个力等大、反向、共线 对于物体所受的三个力，有两个力相互垂直或两个力大小相等的平衡问题求解较简单
正交分解法 物体受三个或三个以上的力作用而平衡 选坐标轴时应使尽量多的力与坐标轴重合 对于物体受三个以上的力处于平衡状态的问题求解较方便
1.物体受三个力作用平衡时，合成法是否一定比正交分解法简单？什么样的问题适合用正交分解法？
答案 不一定，当物体受到不在一条直线上的三个力(大小不等、方向不垂直)或多于三个共点力时，一般要采用正交分解法.
思考与讨论
2.试总结：用正交分解法解决平衡问题的一般步骤.
答案 ①对物体受力分析.
②建立直角坐标系：使尽可能多的力落在x、y轴上，这样需要分解的力比较少，计算方便.
③当物体处于平衡状态时，根据共点力平衡的条件，x轴、y轴上合力均为0，列式(Fx＝0，Fy＝0)求解.
1.如图所示，一个物体在同一平面内三个共点力作用下处于平衡状态，其中F1的大小为5 N，与水平方向夹角为53°，F2与水平方向夹角为30°，F3与水平方向垂直，已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，试求F2、F3的大小.
答案 见解析
建立如图所示坐标系，并正交分解F1和F2
x轴方向上有
F1cos 53°＝F2cos 30°
y轴方向上有
F3＝F1sin 53°＋F2sin 30°
联立解得
2.如图所示，物体的质量m＝4.4 kg，用与竖直方向成θ＝37°的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上，并使它沿墙壁在竖直方向做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数μ＝0.5，取重力加速度g＝10 m/s2，求推力F的大小.(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)
答案 88 N或40 N
若物体沿墙壁向上做匀速直线运动，受力分析如图甲所示，
Fcos θ＝mg＋Ff
Fsin θ＝FN
Ff＝μFN
故推力F＝88 N
若物体向下做匀速直线运动，受力分析如图乙所示，
Fcos θ＋Ff′＝mg
Fsin θ＝FN′
Ff′＝μFN′
故推力F＝40 N.
3.(课本第81页B组第4题)如图所示，重力为G的木块，恰好能沿倾角为θ的斜面匀速下滑，那么要将木块沿斜面匀速向上推，必须加多大的水平推力F.
答案 见解析
未施加水平推力F时，木块沿斜面匀速下滑，受力分析如图甲所示：
沿斜面方向有：Gsin θ＝Ff
垂直于斜面方向有：FN＝Gcos θ
且有Ff＝μFN
对木块施加水平推力F后，木块沿斜面匀速向上运动，
受力分析如图乙所示
沿斜面方向有Gsin θ＋Ff′＝Fcos θ
垂直斜面方向有FN′＝Gcos θ＋Fsin θ
且有Ff′＝μFN′
轻绳、轻杆模型
如图所示，AB、BC为轻质杆，杆的A、C端通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链相连接，要使物体保持静止，试分析AB、BC杆能否用等长的细绳代替？
观察与思考
答案 轻杆AB可以，轻杆BC不可以
AB杆对B点产生的是拉力，当用轻绳代替时效果不变，仍能使装置平衡；BC杆承受的是压力，如果使用轻绳代替，装置将无法保持平衡.
绳的弹力和杆的弹力有什么区别？杆的弹力方向是否一定沿着杆？
答案 绳对物体只能产生拉力作用，杆可以产生拉力，也可以为支持力.绳的弹力方向一定沿绳，杆的弹力方向不一定沿杆.
思考与讨论
4.(多选)一重为4 N的球固定在支杆B的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为3 N，则AB杆对球的作用力
A.大小为7 N
B.大小为5 N
C.方向与水平方向成53°角斜向右下方
D.方向与水平方向成53°角斜向左上方
√
√
5.如图甲所示，轻杆OB可绕B点自由转动，另一端O点用细绳OA拉住，固定在左侧墙壁上，质量为m的重物用细绳OC悬挂在轻杆上的O点，OA与轻杆的夹角∠BOA＝30°，轻杆OB水平.图乙中水平轻杆OB一端固定在竖直墙壁上，另一端O装有小滑轮，用一根细绳跨过滑轮后悬挂一质量为m的重物，图中∠BOA＝30°，重力加速度为g，则：
(1)图甲、乙中细绳OA的拉力各是多大？
答案 2mg mg
由于题图甲中的轻杆可绕B点自由转动，是转轴杆(“活杆”)，故其受力方向沿杆方向，O点的受力情况如图a所示，其中FT2＝mg，则O点所受的细绳OA的拉力FT1、轻杆的弹力FN1的合力与细绳OC的拉力大小相等、方向相反，故FT1＝ ＝2mg.
题图乙中是用一细绳跨过滑轮悬挂重物的，由于O点处是滑轮，它只是改变细绳中力的方向，并未改变力的大小，且AOC是同一根细绳，而同一根细绳上的力处处相等，故图b中细绳OA的拉力为FT1′＝FT2′＝mg.
(2)图甲中轻杆中的弹力是多大？
(3)图乙中轻杆对滑轮的作用力是多大？
答案 mg
对题图乙中的滑轮进行受力分析，如图b所示，由于杆OB不可转动，所以轻杆所受弹力的方向不一定沿OB方向，轻杆对滑轮的作用力FN2一定与两根细绳的合力FN2′大小相等、方向相反，FN2＝FN2′＝2mgcos 60°＝mg，则所求力的大小为mg.
①甲图中绳OA和绳OC属于两根绳，两绳上的拉力大小不一定相等.乙图中是一根绳绕过滑轮或光滑物体，这两段绳(OA段与OC段)上的拉力一定相等.
②甲图中轻杆可以绕B点自由转动，是“活杆”(也称“铰链”)，其受力方向沿杆方向.乙图中轻杆固定于墙上，是“死杆”，其受力方向不一定沿杆方向.
总结提升