人教版2019高中物理必修一3.5共点力的平衡(共40张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版2019高中物理必修一3.5共点力的平衡(共40张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 18.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-10-20 21:40:46 | ||
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文档简介
(共40张PPT)
共点力的平衡
平衡是一种艺术
平衡是一种艺术
共点力的平衡
定义：物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。
桌上的书、苹果能保持静止，处于平衡状态。
随传送带匀速运送的物体处于平衡状态。
注意：缓慢的直线移动可认为是匀速直线运动。
思考讨论
v=0时物体一定就是静止吗？
什么是静止？
v=0且a=0时才为静止属于平衡状态
共点力平衡的条件
思考讨论1：在两个共点力作用下的物体，保持平衡的条件是什么？
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。
二力平衡时物体所受的合力为0。
F2
F1
思考讨论2：在三个共点力作用下的物体，保持平衡的条件是什么？
（1）力的合成法
任意两个力的合力与第三个力的大小和方向关系：大小相等方向相反，在同一条直线上
即合力为0。
F1
F2
F3
F12
四力平衡
三力平衡
二力平衡
F23
F123
y
x
运用正交分解法，将力分解到相互垂直的方向上。各方向上的合力满足：大小相等方向相反，在同一条直线上即合力为0。
（2）力的分解法
F1y
F1x
F2y
F2x
60°
53°
F1
F2
F3
思考讨论3：N个共点力的平衡条件是什么？
N个共点力的平衡条件是：N个共点力合力为零或 F合=0
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。
典型例题
多力平衡
二力平衡
F
例1. 如图所示，一个质量为m的物体在倾角为θ的斜面上刚好保持静止，重力加速度为g，
（1）求出物体所受的支持力和摩擦力。
共点力平衡问题的常用方法
mg
FN
Ff
x
y
mgx
mgy
共点力平衡问题的常用方法
（2）若给物体施加一个沿着斜面向上的外力F，物体仍静止，求F的范围
mg
FN
Ff
x
y
mgx
mgy
例2. 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
共点力平衡问题的常用方法
F
F
G
F合
例3. 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，求：
（1）图甲中细绳OA的拉力和轻杆
的弹力各是多大？
（2）图乙中细绳的拉力和轻杆对
滑轮的作用力是多大？
共点力平衡问题的常用方法
共点力平衡问题的常用方法
mg
FN
FT
y
x
动杆上的力一定沿着杆子方向
共点力平衡问题的常用方法
mg
FT
F合
FN
定杆上的力必须通过其他力间接得到
共点力平衡问题的常用方法
例4. 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)
G
FN
F
若物体上滑
Ff
y
x
联立解得
共点力平衡问题的常用方法
例4. 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)
G
FN
F
y
x
Ff
若物体下滑
联立解得
共点力平衡问题的常用方法
如果是这样顶在天花板上呢？
G
FN
F
若物体在水平方向匀速运动，物体必定向左运动
Ff
y
x
解得
共点力平衡问题的常用方法
例5. A、B两物体重力都等于10N，各接触面间的动摩擦因数都等于0.3，分别用水平外力F1＝2N和F2＝3N作用在A和B上，如图所示，A和B均静止，则地面对B和B对A的摩擦力大小分别为
将A、B看成一个整体，整体受到向右的F1与向左的F2
将A、B看成两个个体
FfB
共点力平衡问题的常用方法
变式5．如图所示，甲、乙两个小球的质量均为m，两球间用细线2连接，甲球用细线1悬挂在天花板上．现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球，平衡时细线都被拉紧．则平衡时两球的可能位置是下列选项中的( )
A． B． C． D．
A
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
问题1：选取的研究对象是哪个物体呢？
第一步：选取O点为研究对象
G
F
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
问题2：O点都受到哪些力呢？
F1
F3
F2
第二步：受力分析
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
F1
F3
F2
问题3：这些力之间有怎样的关系呢？
F1、F2与F3合力为0
第三部：分析平衡条件
合成法：对于三力平衡问题，可以选择任意的两个力进行合成。
如图悬吊重物的细绳，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？
第四步：选取方法，进行计算
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
F1
F3
F2
是否可以从其他角度求解问题？
正交分解法
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
F1
F3
F2
x
y
F1y
F1x
共点力平衡问题的常用方法
正交分解法：把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为0。
合成法：把物体所受的力合成为两个力，则这两个力大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。
动态平衡问题
如果悬点A向右移动，BO仍保持水平，重物仍然静止悬挂，悬绳AO和水平绳BO 所受的拉力将分别如何变化？
F1
F3
F2
解析法
夹角θ 减小，悬绳AO和水平绳BO 所受的拉力都减小。
F1最小值为G
F2最小值为0
图解法
动态平衡问题
例2.如图所示，半圆形框架竖直放置在粗糙的水平地面上，光滑的小球P在水平外力F的作用下处于静止状态，P与圆心O的连线与水平面的夹角为θ，将力F在竖直面内沿顺时针方向缓慢地转过90°，框架与小球始终保持静止状态．在此过程中下列说法正确的是（ ）
A．地面对框架的摩擦力始终为零
B．框架对小球的支持力先减小后增大
C．拉力F的最小值为mgcosθ
D．框架对地面的压力先增大后减小
动态平衡问题
C
G
FN
F
动态平衡问题
变式2.如图所示，将一个倾角为45°的光滑斜面固定在水平地面上，斜面上方固定一半径为r的半圆形框架，框架由粗糙的细杆做成，细杆上套一个轻小圆环A，A上连一长度为L的轻绳，轻绳另一端连小球 （可视为质点），开始时轻绳与斜面平行。现给小圆环施加一始终沿半圆形细杆切线方向的拉力 ，使圆环缓慢移动，直到轻绳竖直，整个过程小球位置不变，圆环重力不计，则下列说法正确的是（ ）
A．轻绳的拉力逐渐变小
B．小球对斜面的压力逐渐变大
C．半圆形杆对圆环A的摩擦力逐渐变大
D．拉力逐渐变小
C
mg
FN
F
动态平衡问题
例3. 如图，用硬铁丝弯成的光滑半圆环竖直固定，直径竖直，O为圆心，最高点B处固定一光滑轻质滑轮，质量为m的小环A穿在半圆环上。现用轻绳一端拴在A上，另一端跨过滑轮用力F拉住，开始时AB间轻绳与竖直方向的夹角为θ，小环处于静止状态，现缓慢拉动轻绳，使小环沿光滑半圆环上升一小段距离。小环A及滑轮B大小不计，重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A．轻绳与竖直方向的夹角为θ时，F＝mgcosθ
B．小环沿光滑半圆环上升过程中，
轻绳拉力逐渐减小
C．小环沿光滑半圆环上升过程中，
小环所受支持力逐渐减小
D．小环沿光滑半圆环上升过程中，小环所受支持力逐渐增大
B
动态平衡问题
mg
FT
FN
动态平衡问题
变式3．如图所示为一简易起重装置，AC是上端带有滑轮的固定支架，BC为质量不计的轻杆，杆的一端C用铰链固定在支架上，另一端B悬挂一个重力为G的重物，并用钢丝绳跨过滑轮A连接在卷扬机上。开始时，杆BC与支架AC的夹角大于90，现使∠ACB缓缓变小，直到30，在此过程中，杆BC所受的力（不计钢丝绳重力及一切阻力，且滑轮和铰链大小可不计）（ ）
A．大小不变
B．逐渐增大
C．先减小后增大
D．先增大后减小
A
动态平衡问题
mg
FT
FN
例4.如图所示，轻质不可伸长的晾衣两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，挂衣服的衣架挂钩是光滑的。挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是（ ）
A．绳的右端上移到，绳子拉力变大
B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大
C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小
D．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移
动态平衡问题
B
动态平衡问题
mg
F
F
设MN间距为d，绳长为L
A．绳的右端上移到，绳子拉力变大
B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大
C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小
D．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移
动态平衡问题
变式4. 如图所示，一粗糙水平晾衣杆固定在支架上，一条不可伸长的轻质细绳一端固定在A点，另一端与一个套在晾衣杆B点处的轻环相连，用一光滑挂钩将衣服悬挂在轻绳上，衣服处于静止状态。某同学将轻环从B点缓慢移到C点，放开手后衣服在图中虚线位置仍处于静止状态，则轻环移到C点后（ ）
A．细绳的拉力变小
B．挂钩对衣服的作用力大小变大
C．晾衣杆对轻环的摩擦力变小
D．晾衣杆对轻环的弹力大小不变
D
共点力的平衡
平衡是一种艺术
平衡是一种艺术
共点力的平衡
定义：物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。
桌上的书、苹果能保持静止，处于平衡状态。
随传送带匀速运送的物体处于平衡状态。
注意：缓慢的直线移动可认为是匀速直线运动。
思考讨论
v=0时物体一定就是静止吗？
什么是静止？
v=0且a=0时才为静止属于平衡状态
共点力平衡的条件
思考讨论1：在两个共点力作用下的物体，保持平衡的条件是什么？
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。
二力平衡时物体所受的合力为0。
F2
F1
思考讨论2：在三个共点力作用下的物体，保持平衡的条件是什么？
（1）力的合成法
任意两个力的合力与第三个力的大小和方向关系：大小相等方向相反，在同一条直线上
即合力为0。
F1
F2
F3
F12
四力平衡
三力平衡
二力平衡
F23
F123
y
x
运用正交分解法，将力分解到相互垂直的方向上。各方向上的合力满足：大小相等方向相反，在同一条直线上即合力为0。
（2）力的分解法
F1y
F1x
F2y
F2x
60°
53°
F1
F2
F3
思考讨论3：N个共点力的平衡条件是什么？
N个共点力的平衡条件是：N个共点力合力为零或 F合=0
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。
典型例题
多力平衡
二力平衡
F
例1. 如图所示，一个质量为m的物体在倾角为θ的斜面上刚好保持静止，重力加速度为g，
（1）求出物体所受的支持力和摩擦力。
共点力平衡问题的常用方法
mg
FN
Ff
x
y
mgx
mgy
共点力平衡问题的常用方法
（2）若给物体施加一个沿着斜面向上的外力F，物体仍静止，求F的范围
mg
FN
Ff
x
y
mgx
mgy
例2. 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
共点力平衡问题的常用方法
F
F
G
F合
例3. 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，求：
（1）图甲中细绳OA的拉力和轻杆
的弹力各是多大？
（2）图乙中细绳的拉力和轻杆对
滑轮的作用力是多大？
共点力平衡问题的常用方法
共点力平衡问题的常用方法
mg
FN
FT
y
x
动杆上的力一定沿着杆子方向
共点力平衡问题的常用方法
mg
FT
F合
FN
定杆上的力必须通过其他力间接得到
共点力平衡问题的常用方法
例4. 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)
G
FN
F
若物体上滑
Ff
y
x
联立解得
共点力平衡问题的常用方法
例4. 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)
G
FN
F
y
x
Ff
若物体下滑
联立解得
共点力平衡问题的常用方法
如果是这样顶在天花板上呢？
G
FN
F
若物体在水平方向匀速运动，物体必定向左运动
Ff
y
x
解得
共点力平衡问题的常用方法
例5. A、B两物体重力都等于10N，各接触面间的动摩擦因数都等于0.3，分别用水平外力F1＝2N和F2＝3N作用在A和B上，如图所示，A和B均静止，则地面对B和B对A的摩擦力大小分别为
将A、B看成一个整体，整体受到向右的F1与向左的F2
将A、B看成两个个体
FfB
共点力平衡问题的常用方法
变式5．如图所示，甲、乙两个小球的质量均为m，两球间用细线2连接，甲球用细线1悬挂在天花板上．现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球，平衡时细线都被拉紧．则平衡时两球的可能位置是下列选项中的( )
A． B． C． D．
A
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
问题1：选取的研究对象是哪个物体呢？
第一步：选取O点为研究对象
G
F
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
问题2：O点都受到哪些力呢？
F1
F3
F2
第二步：受力分析
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
F1
F3
F2
问题3：这些力之间有怎样的关系呢？
F1、F2与F3合力为0
第三部：分析平衡条件
合成法：对于三力平衡问题，可以选择任意的两个力进行合成。
如图悬吊重物的细绳，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？
第四步：选取方法，进行计算
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
F1
F3
F2
是否可以从其他角度求解问题？
正交分解法
共点力平衡问题的常用方法
如图悬吊重物的细绳，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？
F1
F3
F2
x
y
F1y
F1x
共点力平衡问题的常用方法
正交分解法：把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为0。
合成法：把物体所受的力合成为两个力，则这两个力大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。
动态平衡问题
如果悬点A向右移动，BO仍保持水平，重物仍然静止悬挂，悬绳AO和水平绳BO 所受的拉力将分别如何变化？
F1
F3
F2
解析法
夹角θ 减小，悬绳AO和水平绳BO 所受的拉力都减小。
F1最小值为G
F2最小值为0
图解法
动态平衡问题
例2.如图所示，半圆形框架竖直放置在粗糙的水平地面上，光滑的小球P在水平外力F的作用下处于静止状态，P与圆心O的连线与水平面的夹角为θ，将力F在竖直面内沿顺时针方向缓慢地转过90°，框架与小球始终保持静止状态．在此过程中下列说法正确的是（ ）
A．地面对框架的摩擦力始终为零
B．框架对小球的支持力先减小后增大
C．拉力F的最小值为mgcosθ
D．框架对地面的压力先增大后减小
动态平衡问题
C
G
FN
F
动态平衡问题
变式2.如图所示，将一个倾角为45°的光滑斜面固定在水平地面上，斜面上方固定一半径为r的半圆形框架，框架由粗糙的细杆做成，细杆上套一个轻小圆环A，A上连一长度为L的轻绳，轻绳另一端连小球 （可视为质点），开始时轻绳与斜面平行。现给小圆环施加一始终沿半圆形细杆切线方向的拉力 ，使圆环缓慢移动，直到轻绳竖直，整个过程小球位置不变，圆环重力不计，则下列说法正确的是（ ）
A．轻绳的拉力逐渐变小
B．小球对斜面的压力逐渐变大
C．半圆形杆对圆环A的摩擦力逐渐变大
D．拉力逐渐变小
C
mg
FN
F
动态平衡问题
例3. 如图，用硬铁丝弯成的光滑半圆环竖直固定，直径竖直，O为圆心，最高点B处固定一光滑轻质滑轮，质量为m的小环A穿在半圆环上。现用轻绳一端拴在A上，另一端跨过滑轮用力F拉住，开始时AB间轻绳与竖直方向的夹角为θ，小环处于静止状态，现缓慢拉动轻绳，使小环沿光滑半圆环上升一小段距离。小环A及滑轮B大小不计，重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A．轻绳与竖直方向的夹角为θ时，F＝mgcosθ
B．小环沿光滑半圆环上升过程中，
轻绳拉力逐渐减小
C．小环沿光滑半圆环上升过程中，
小环所受支持力逐渐减小
D．小环沿光滑半圆环上升过程中，小环所受支持力逐渐增大
B
动态平衡问题
mg
FT
FN
动态平衡问题
变式3．如图所示为一简易起重装置，AC是上端带有滑轮的固定支架，BC为质量不计的轻杆，杆的一端C用铰链固定在支架上，另一端B悬挂一个重力为G的重物，并用钢丝绳跨过滑轮A连接在卷扬机上。开始时，杆BC与支架AC的夹角大于90，现使∠ACB缓缓变小，直到30，在此过程中，杆BC所受的力（不计钢丝绳重力及一切阻力，且滑轮和铰链大小可不计）（ ）
A．大小不变
B．逐渐增大
C．先减小后增大
D．先增大后减小
A
动态平衡问题
mg
FT
FN
例4.如图所示，轻质不可伸长的晾衣两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，挂衣服的衣架挂钩是光滑的。挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是（ ）
A．绳的右端上移到，绳子拉力变大
B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大
C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小
D．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移
动态平衡问题
B
动态平衡问题
mg
F
F
设MN间距为d，绳长为L
A．绳的右端上移到，绳子拉力变大
B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大
C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小
D．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移
动态平衡问题
变式4. 如图所示，一粗糙水平晾衣杆固定在支架上，一条不可伸长的轻质细绳一端固定在A点，另一端与一个套在晾衣杆B点处的轻环相连，用一光滑挂钩将衣服悬挂在轻绳上，衣服处于静止状态。某同学将轻环从B点缓慢移到C点，放开手后衣服在图中虚线位置仍处于静止状态，则轻环移到C点后（ ）
A．细绳的拉力变小
B．挂钩对衣服的作用力大小变大
C．晾衣杆对轻环的摩擦力变小
D．晾衣杆对轻环的弹力大小不变
D