鲁科版高中物理必修第一册第4章力与平衡4.3共点力的平衡教学课件（共23张PPT）

(共23张PPT)
第四章 力与平衡
第3节 共点力的平衡
远古的巨石，至今仍然矗立，向人们述说史前的故事。繁华的现代都市，一切都在高速运转，人们却自有动中取静的办法。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。
远古巨石
商场扶梯
1.知道物体处在平衡状态的两种形式。
2.知道共点力作用下物体平衡的条件。
2.会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题。
01 物体的平衡状态
1.平衡状态：如果一个物体保持静止或做匀速直线运动,我们就说这个物体是处于平衡状态
静止的石头
匀速运动的电梯
飞机从起飞到以一定速度平稳飞行，再到降落，最后停在机场的停机坪上。在这个过程中，飞机经历了哪些阶段？在各阶段飞机处于什么样的状态？
起飞阶段
速度增加
非平衡状态
平稳飞行阶段
速度不变
平衡状态
降落阶段
速度减小
非平衡状态
速度为0的物体一定处于平衡状态么？
在光滑的斜面上以一定速度使小球沿斜面向上运动，运动到最高点时速度为0，小球在该位置能一直保持静止状态么？
速度为0的物体不一定处于平衡状态
物体保持平衡状态需要满足什么条件？
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1：在两个共点力作用下的物体，保持平衡的条件是什么？
02 共点力平衡的条件
(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。
F2
F1
F3
F12
F12
F3
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？
（2）力的分解法
F32
F31
F1
F2
F3
任意一个力沿其余两个力的反方向分解，其分力与其余两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。
思考讨论3：N个共点力的平衡条件是什么？
任意（N-1）个力的合力都与第N个力大小相等、方向相反，则N个共点力平衡。
N个共点力的平衡条件是：N个共点力合力为零或 F合=0
在共点力作用下物体平衡的条件是：合力为0
G
F1
F2
03 共点力平衡条件的应用
【例题】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。
受力分析
方法一：合成法
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。
F=T且T= G
F1=Fcos30°=19.6×0.886N=17.0N
F2=Fsin30°=19.6×0.5N=9.8N
方法二：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
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。
两种方法的特点：
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。
（1）确定研究对象；
（2）对研究对象进行受力分析；
（3）根据共点力的平衡条件，对研究对象受到的力进行处理，列平衡方程
（4）求解平衡方程；
（5）讨论解的合理性和实际意义。
1.共点力平衡问题的解题步骤
常见的方法有：正交分解法、合成法、相似三角形法、按力的作用效果分解等
受力特点：三个力互相不垂直，且夹角（方向）未知。
【例题】如图，半径为R的光滑半球的正上方，离球面顶端距离为h的O点，用一根长为l的细线悬挂质量为m的小球，小球靠在半球面上．试求小球对球面压力的大小．
F
N
G
相似三角形法：力的三角形与几何三角形相似
T
方法 内容
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
正交分
解法 物体受到三个或三个以上力的作用时，将物体所受的力分解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件
力的三角形法 对受三力作用而平衡的物体，将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力
2.处理平衡问题的常用方法
1.判一判
(1)处于平衡状态的物体一定处于静止状态。(　　)
(2)运动的物体合力不会为0。(　　)
(3)物体受两个力作用处于平衡状态，这两个力的合力一定为0。(　　)
(4)速度为0的物体一定处于平衡状态。(　　)
(5)“复兴”号列车在平直铁路上以350 km/h高速行驶时处于平衡状态。(　　)
(6)合力保持恒定的物体处于平衡状态。(　　)
× 　
× 　
√　
× 　
√　
× 　
2.在如图所示的甲、乙、丙、丁四图中，滑轮光滑且所受的重力忽略不计，滑轮的轴O安装在一根轻木杆P上，一根轻绳ab绕过滑轮，a端固定在墙上，b端下面挂一个质量为m的重物，当滑轮和重物都静止不动时，甲、丙、丁图中木杆P与竖直方向的夹角均为θ，乙图中木杆P竖直。假设甲、乙、丙、丁四图中滑轮受到木杆P的弹力的大小依次为FA、FB、FC、FD，则以下判断正确的是 (　　)
A.FA＝FB＝FC＝FD　B.FD>FA＝FB>FC C.FA＝FC＝FD>FB D.FC>FA＝FB>FD
B
3.如图所示，用一个斜向上的拉力F作用在箱子上，使箱子在水平地面上匀速运动。已知箱子质量为m，拉力F与水平方向的夹角为θ，箱子与地面的动摩擦因数为μ。求拉力F的大小。
物体受四个力及四个以上的力时，一般采用正交分解解决问题
解析：受力分析如图
解得
θ
F
FN
G
f
x
y
Fx
Fy
将F分解得：Fx=Fcosθ，Fy=Fsinθ
x轴上：f =Fcosθ
y轴上：Fsinθ+FN=mg
又：f=μFN
一、物体的平衡状态
平衡状态：物体静止或做匀速直线运动时所处的状态称为平衡状态
二、共点力的平衡条件
平衡条件：作用在物体上的几个共点力的合力为0。
三、共点力平衡条件的应用
合成法、正交分解法、力的三角形法