4.3 共点力的平衡(共20张PPT)课件 2024-2025学年高一物理鲁科版（2019）必修第一册

(共20张PPT)
第3节 共点力的平衡
第四章 力与平衡
学习目标
1.知道平衡状态的概念以及平衡状态的两种形式。
2.知道共点力作用下物体的平衡条件。
3.会运用共点力的平衡条件分析解决生活实际问题。
远古的巨石，至今仍然矗立，向人们述说史前的故事
在商场，你即使站着不动，自动扶梯也会平稳地送你上楼、下楼
平
衡
一、物体的平衡状态
1.平衡状态：
物体处于静止或者匀速直线运动时所处的状态叫做平衡状态。
N
G
静止在桌面上的木块
F
f
N
G
匀速行驶的汽车
G
N
f
静止在斜面上的木块
加速
匀速
减速
静止
加速
减速
变速
静止
匀速
速度不变
处于平衡状态时物体的加速度为零
物体加速度为零时物体处于平衡状态。
1.正误辨析
(1)物体静止或者做匀速直线运动,都处于平衡状态。 (　　)
(2)物体处于平衡状态,一定是受到共点力的作用。 (　　)
(3)速率不变的物体一定处于平衡状态。 (　　)
(4)速度不变的物体一定处于平衡状态。 (　　)
(1)√ (2)×　(3)×　(4)√　
2.(多选)下列物体中处于平衡状态的是(　　)
A.静止在粗糙平面上的物体
B.沿光滑斜面自由下滑的物体
C.在不光滑的水平面上匀速直线运动的木块
D.做自由落体运动的物体在刚开始下落的一瞬间
AC
物体要保持平衡状态需要满足什么条件？
N
G
静止在桌面上的物体
N与G大小相等，方向相反，是一对平衡力
二、共点力平衡的条件
G
T
用绳悬挂的静止物体
T与G大小相等，方向相反，是一对平衡力。
物体受两个力作用而处于平衡状态时，这两个力必定是一对平衡力：大小相等、方向相反。物体所受合外力=0
当物体同时受到多个互成角度的共点力作用时，要怎样才能处于平衡状态呢？
A
B
O
θ
FA
FB
G
FAB
任意两个共点力都可用一个合力来等效替代
FA、FB的合力为FAB
如果FAB与G等大反向即为平衡力，则物体处于平衡状态
多个共点力
力的合成
两个力
合外力=0
二力平衡
平衡
共点力作用下物体的平衡条件是：合力为 0
作用在物体上的几个共点力的合力为 0，就达到了力的平衡
判断受多个共点力作用的物体是否处于平衡状态
物体在多个共点力作用下处于平衡状态时，所受合力为0.此时平移力的作用线，使各力首位相接，必然会构成一个封闭的多边形。反过来，我们也可根据物体所受的多个共点力能否构成封闭的多边形，来判断物体是否处于平衡状态。
物体在F1=7 N、F2=10 N、F3=10 N这三个互成角度的共点力作用下处于平衡状态,求F1和F3合力的大小和方向。
解析:因为三力平稳时三个力的合力必为零,则F1和F3合力必定与F2的合力为零。因此F1和F3合力的大小等于10 N,方向与F2方向相反。
答案:F1和F3合力的大小等于10 N,方向与F2方向相反。
处理平衡问题常用的方法
【例题1】用绳子将鸟笼挂在一根横梁上，如图所示。若鸟笼重19.6N，求绳子OA和OB对结点O的拉力。
以O点为研究对象，根据共点力的平衡条件，对O点受力分析。
由三角函数关系得
所以，绳子OA对结点O的拉力大小是17.0N，方向沿绳由O指向A；
OB对结点O的拉力大小是9.8N，方向沿绳由O指向B。
合成法
F=T且T= G
F1=Fcos30°=19.6×0.886N=17.0N
F2=Fsin30°=19.6×0.5N=9.8N
正交分解法
以O点为研究对象，建立直角坐标系，将O点受到的力正交分解，根据O点平衡，可得：
所以，绳子OA对结点O的拉力大小是17.0N，方向沿绳由O指向A；OB对结点O的拉力大小是9.8N，方向沿绳由O指向B。
T=G
F1=T1=Tcos30°=19.6×0.866N=17.0N
F2=T2=Tsin30°=19.6×0.5N=9.8N
1.合成法:物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反,据此画出这两个力合成的平行四边形,利用几何知识求解力三角形。
2.正交分解法:物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,将物体所受的力分解到相互垂直的x、y轴上,则x(或y)轴上各分力的合力为零。
正交分解法是根据需要分解,目的是把各力分解到相互垂直的两个方向上去,便于在每条轴上运用代数运算来解决矢量的合成。
处理平衡问题常用的方法
在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小,其原理如图所示。仪器中一根轻质金属丝下悬挂着一个金属球,无风时,金属丝竖直下垂;当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏离竖直方向一定角度。风力越大,偏角越大。通过传感器,就可以根据偏角的大小测出风力的大小,求风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间的关系。
解法一　力的合成法
如图甲所示,风力F和拉力FT的合力与重力等大反向,由平行四边形定则可得F=mgtan θ。
解法二　正交分解法
以金属球为坐标原点,取水平方向为x轴,竖直方向为y轴,建立坐标系,如图乙所示。
根据平衡条件有Fx合=FTsin θ-F=0
Fy合=FTcos θ-mg=0
解得F=mgtan θ。
(多选)用轻弹簧竖直悬挂质量为m的物体,静止时弹簧伸长量为L。现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为2m的物体,系统静止时弹簧伸长量为2L,斜面倾角为30°,如图所示。则下列说法正确的是(　　)
A.质量为2m的物体所受斜面的弹力等于2mg
B.质量为2m的物体所受斜面的弹力等于 mg
C.质量为2m的物体所受摩擦力大小为mg,方向沿斜面向上
D.质量为2m的物体所受摩擦力大小为mg,方向沿斜面向下
BD