物理人教版（2019）必修第一册3.5共点力的平衡（共21张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第一册3.5共点力的平衡（共21张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-11-06 09:02:13 | ||
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文档简介
(共21张PPT)
第三章 相互作用——力
第5节 共点力的平衡
1.知道什么是平衡状态，掌握共点力平衡的条件。
2.会利用合成法或分解法分析三力平衡问题。
学习目标
复习回顾
1.共点力
2.二力平衡的特点
θ
斜面上静止的物块
受力特点：
运动特点：
空中匀速下落的雨滴
两个力等大、反向、共线
静止或者匀速直线
F阻
mg
知识点一 共点力平衡的条件
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？这些力的大小、方向有何关系？它们的合力有何特点？
课堂引入1
下面四种情况的物体的受力有何特点？
思考：以上四种情况中物体均处于什么状态？
几个力的作用线交于一点
几个力作用于同一点
课堂引入2
平衡状态
1.平衡状态：物体受到几个力作用时，如果保持______或______________状态，我们就说这个物体处于平衡状态。
2.共点力平衡的条件：在共点力作用下物体平衡的条件是______为0。
3.对“平衡状态”的理解
静止
匀速直线运动
合力
【思考】
一灯泡吊在天花板下，现用另一细绳将灯泡拉到如图位置，灯泡静止时。
(1)此时灯泡受几个力？
(2)试根据二力平衡条件，推导说明：若一个物体受三个力作用而处于平衡状态，则其中一个力与另外两个力的合力满足怎样的关系？
(3)上面探究的结论是否可以推广到多个力的平衡？
B
例1 光滑水平面上，某物体在水平方向两个力的作用下处于静止状态，其中一个力F在大小不变的情况下，将其方向在水平面内逆时针转过90°，保持另一个力的大小、方向都不变，则欲使物体仍能保持静止状态，必须再施加的力的大小为( )
总结提升 由平衡条件得出的三个结论
ACD
训练1 (多选)下列运动项目中的运动员处于平衡状态的是( )
A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时
B.蹦床运动员在空中上升到最高点时
C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内
D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时
思考讨论
不一定。
例如：竖直上抛最高点
①v=0时，物体一定处于平衡状态吗？举例说明。
②v大小不变，物体一定处于平衡状态吗？举例说明。
不一定。
例如：匀速圆周运动
常用分析方法
合成法 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反
分解法 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，将某个力按作用效果分解，则其分力与其他两个力分别平衡
正交分解法 物体在多个共点力作用下处于平衡状态，应用正交分解法，则有
∑Fx＝F1x＋F2x＋F3x＋…＋Fnx＝0，
∑Fy＝F1y＋F2y＋F3y＋…＋Fny＝0
矢量三角形法 如果三个力首尾相接恰好构成三角形，则这三个力的合力为零。矢量三角形法可以充分利用几何边角关系求解平衡问题
知识点二 静态平衡的分析方法
推理：在实际生产生活中，很多情况下物体受到三个力的作用而平衡，请同学们根据前面所学知识，推导物体受三个力作用时的平衡条件。
三力平衡条件：任意两个力的合力与第三个力等大、反向、共线，也就是三力的合力为0。
疑问：如果物体受更多的力的作用而平衡，受力需满足什么样的平衡条件？
多力平衡条件：物体受多个力时，任意一个力与其余各力的合力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，也就是多个力的合力为0。
三力平衡结论：三力平衡不平行、必共点
力的合成法
力的分解法
F3y
F3x
F1
F2
F3
三力平衡
x
y
θ(
平衡结论：合力为零，则沿任一方向的合力都为零
三力平衡的受力特点
三个力可以构成首尾依次相连的闭合矢量三角形。
利用三力平衡的这个特点处理平衡问题的方法叫解三角形法。
例2 用绳子将鸟笼挂在一根横梁上，如图所示。若鸟笼所受重力为19.6 N，求绳子OA和OB对结点O的拉力。
解析 法一：合成法
以结点O为研究对象，根据共点力的平衡条件，受力分析如图所示
F＝FT，且FT＝G
由三角函数关系得
F1＝Fcos 30°＝19.6×0.866 N≈17.0 N
F2＝Fsin 30°＝19.6×0.5 N＝9.8 N。
法二：分解法 以结点O为研究对象，根据拉力的作用效果进行分解如图所示。
答案 17.0 N，方向沿绳由O指向A 9.8 N，方向沿绳由O指向B
FT＝G，将拉力FT向绳OA和OB的反向分解，由三角函数关系得
FA＝FTcos 30°＝19.6×0.866 N＝17.0 N
FB＝FTsin 30°＝19.6×0.5 N＝9.8 N。
法三：正交分解法 如图所示，
建立直角坐标系，将绳子OA和OB的拉力沿x、y方向正交分解。
FT＝G
由平衡条件得
水平方向：F1cos 60°＝F2cos 30°
竖直方向：F1sin 60°＋F2sin 30°＝FT
解得F1＝17.0 N，F2＝9.8 N。
共点力平衡问题的解题思路
(1)明确研究对象(物体、质点或绳的结点等)。
(2)分析研究对象所处的运动状态，判定其是否处于平衡状态。
(3)对研究对象进行受力分析，并画出受力示意图。
(4)列平衡方程，应用共点力平衡的条件，选择恰当的方法(合成法、分解法)列出平衡方程。
(5)求解方程，并讨论结果。
训练2 如图所示，将一劲度系数k＝100 N/m，原长L1＝8 cm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O点，且OA＝OB，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( )
C
A.0.40 kg B.0.32 kg C.0.24 kg D.0.10 kg
训练3 在科学研究中，人们利用风力仪直接测量风力的大小，其原理如图所示。仪器中有一根轻质金属丝，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个角度，风力越大，偏角越大。通过传感器，就可以根据偏角的大小指示出风力的大小。那么，风力的大小F跟金属球质量m、偏角θ之间有什么关系呢(重力加速度为g)
共点力平衡的具体表达形式
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：
其中任意一个力与其余各力的合力大小相等、方向相反、作用在一条直线上。
第三章 相互作用——力
第5节 共点力的平衡
1.知道什么是平衡状态，掌握共点力平衡的条件。
2.会利用合成法或分解法分析三力平衡问题。
学习目标
复习回顾
1.共点力
2.二力平衡的特点
θ
斜面上静止的物块
受力特点：
运动特点：
空中匀速下落的雨滴
两个力等大、反向、共线
静止或者匀速直线
F阻
mg
知识点一 共点力平衡的条件
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？这些力的大小、方向有何关系？它们的合力有何特点？
课堂引入1
下面四种情况的物体的受力有何特点？
思考：以上四种情况中物体均处于什么状态？
几个力的作用线交于一点
几个力作用于同一点
课堂引入2
平衡状态
1.平衡状态：物体受到几个力作用时，如果保持______或______________状态，我们就说这个物体处于平衡状态。
2.共点力平衡的条件：在共点力作用下物体平衡的条件是______为0。
3.对“平衡状态”的理解
静止
匀速直线运动
合力
【思考】
一灯泡吊在天花板下，现用另一细绳将灯泡拉到如图位置，灯泡静止时。
(1)此时灯泡受几个力？
(2)试根据二力平衡条件，推导说明：若一个物体受三个力作用而处于平衡状态，则其中一个力与另外两个力的合力满足怎样的关系？
(3)上面探究的结论是否可以推广到多个力的平衡？
B
例1 光滑水平面上，某物体在水平方向两个力的作用下处于静止状态，其中一个力F在大小不变的情况下，将其方向在水平面内逆时针转过90°，保持另一个力的大小、方向都不变，则欲使物体仍能保持静止状态，必须再施加的力的大小为( )
总结提升 由平衡条件得出的三个结论
ACD
训练1 (多选)下列运动项目中的运动员处于平衡状态的是( )
A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时
B.蹦床运动员在空中上升到最高点时
C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内
D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时
思考讨论
不一定。
例如：竖直上抛最高点
①v=0时，物体一定处于平衡状态吗？举例说明。
②v大小不变，物体一定处于平衡状态吗？举例说明。
不一定。
例如：匀速圆周运动
常用分析方法
合成法 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反
分解法 物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，将某个力按作用效果分解，则其分力与其他两个力分别平衡
正交分解法 物体在多个共点力作用下处于平衡状态，应用正交分解法，则有
∑Fx＝F1x＋F2x＋F3x＋…＋Fnx＝0，
∑Fy＝F1y＋F2y＋F3y＋…＋Fny＝0
矢量三角形法 如果三个力首尾相接恰好构成三角形，则这三个力的合力为零。矢量三角形法可以充分利用几何边角关系求解平衡问题
知识点二 静态平衡的分析方法
推理：在实际生产生活中，很多情况下物体受到三个力的作用而平衡，请同学们根据前面所学知识，推导物体受三个力作用时的平衡条件。
三力平衡条件：任意两个力的合力与第三个力等大、反向、共线，也就是三力的合力为0。
疑问：如果物体受更多的力的作用而平衡，受力需满足什么样的平衡条件？
多力平衡条件：物体受多个力时，任意一个力与其余各力的合力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，也就是多个力的合力为0。
三力平衡结论：三力平衡不平行、必共点
力的合成法
力的分解法
F3y
F3x
F1
F2
F3
三力平衡
x
y
θ(
平衡结论：合力为零，则沿任一方向的合力都为零
三力平衡的受力特点
三个力可以构成首尾依次相连的闭合矢量三角形。
利用三力平衡的这个特点处理平衡问题的方法叫解三角形法。
例2 用绳子将鸟笼挂在一根横梁上，如图所示。若鸟笼所受重力为19.6 N，求绳子OA和OB对结点O的拉力。
解析 法一：合成法
以结点O为研究对象，根据共点力的平衡条件，受力分析如图所示
F＝FT，且FT＝G
由三角函数关系得
F1＝Fcos 30°＝19.6×0.866 N≈17.0 N
F2＝Fsin 30°＝19.6×0.5 N＝9.8 N。
法二：分解法 以结点O为研究对象，根据拉力的作用效果进行分解如图所示。
答案 17.0 N，方向沿绳由O指向A 9.8 N，方向沿绳由O指向B
FT＝G，将拉力FT向绳OA和OB的反向分解，由三角函数关系得
FA＝FTcos 30°＝19.6×0.866 N＝17.0 N
FB＝FTsin 30°＝19.6×0.5 N＝9.8 N。
法三：正交分解法 如图所示，
建立直角坐标系，将绳子OA和OB的拉力沿x、y方向正交分解。
FT＝G
由平衡条件得
水平方向：F1cos 60°＝F2cos 30°
竖直方向：F1sin 60°＋F2sin 30°＝FT
解得F1＝17.0 N，F2＝9.8 N。
共点力平衡问题的解题思路
(1)明确研究对象(物体、质点或绳的结点等)。
(2)分析研究对象所处的运动状态，判定其是否处于平衡状态。
(3)对研究对象进行受力分析，并画出受力示意图。
(4)列平衡方程，应用共点力平衡的条件，选择恰当的方法(合成法、分解法)列出平衡方程。
(5)求解方程，并讨论结果。
训练2 如图所示，将一劲度系数k＝100 N/m，原长L1＝8 cm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O点，且OA＝OB，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( )
C
A.0.40 kg B.0.32 kg C.0.24 kg D.0.10 kg
训练3 在科学研究中，人们利用风力仪直接测量风力的大小，其原理如图所示。仪器中有一根轻质金属丝，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个角度，风力越大，偏角越大。通过传感器，就可以根据偏角的大小指示出风力的大小。那么，风力的大小F跟金属球质量m、偏角θ之间有什么关系呢(重力加速度为g)
共点力平衡的具体表达形式
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：
其中任意一个力与其余各力的合力大小相等、方向相反、作用在一条直线上。