鲁科版高中物理必修一5.4《平衡条件的应用》课件 （共36张PPT）

课件36张PPT。第4节 平衡条件的应用[自学教材] 1．物体的静态平衡
物体在力的作用下处于静止状态，称为静态平衡，处于静态平衡的物体所受的外力的 为零。
2．物体在某方向的平衡
运动的物体在某一方向上所受的 为零时，在该方向处于平衡状态。合力合力平衡条件的应用:物体静态平衡物体在某方向上的平衡:一、物体的静态平衡
1.概念：物体在力的作用下处于静止的平衡状态，
称为静态平衡
2、受力特点：处于静态平衡的物体所受共点力的
合力为零
二、物体的动态平衡1.概念：物体在力的作用下处于匀速直线运动的平衡状态，我们称之称为动态平衡
2、受力特点：处于动态平衡的物体所受共点力的
合力为零
[重点诠释] 1．动态平衡的理解
(1)所谓动态平衡问题，就是通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态。所遇到的题目往往是保持其中一个力的大小和方向都不变，第二个力的方向保持不变，来分析第三个力方向变化时，第二个和第三个力的大小变化情况。 (2)动态平衡的分析方法：
①解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变参量与自变参量的一般函数式，然后根据自变参量的变化确定应变参量的变化。
②图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下的力的矢量图(画在同一个图中)，然后根据有向线段(表示力)的长度变化判断各个力的变化情况。 2．求共点力平衡问题的基本方法
(1)合成与分解法
三个力的平衡问题，一般合成任意两个力，则该合力与第三个力等大反向；或将其中某个力沿另外两个力的反方向分解，从而得到两对平衡力。
(2)正交分解法
物体所受的合力为零，则在任意一个方向上物体所受的合力都为零，把物体所受各力正交分解后，平衡条件可表示为Fx合＝0，Fy合＝0。 3．应用平衡条件解题的一般步骤
(1)选取研究对象。平衡问题中，研究对象常有三种情况：
①单个物体。可将其受到的各力的作用点都画到物体的几何中心上。
②多个物体(系统)。在分析外力对系统的作用时，用整体法；在分析系统内各物体间的相互作用时，用隔离法，其关键是找出各物体之间的联系，相互作用力是它们相互联系的纽带。 ③物体的结点。绳与绳、绳和棒之间的结点常常是处理平衡问题的关键研究对象。
(2)对研究对象进行受力分析，并作出受力示意图。
(3)依据平衡条件列出力的平衡方程。
(4)求解方程，并对结果做必要的讨论。3．如图所示的图示中哪些是静态平衡，哪些是动态平衡？解析：根据动态平衡和静态平衡的概念，(1)和(2)中的物体A均做匀速直线运动，所以都是动态平衡，(3)中物体A向上运动时受重力作用，合力不为零，不是平衡状态，(4)中物体A处于静止状态，是静态平衡。
答案：(4)是静态平衡，(1)、(2)是动态平衡三、物体受力分析的方法隔离法： 把某物体从众多的物体中隔离出来，作为研究对象。分析时，只分析周围物体对它的作用力，而不分析它对周围物体的作用力。整体法： 把几个运动状态一样的物体看作一个物体去作研究对象。方法同隔离法一样。受力分析的步骤1、先画已知力；2、再画重力、电场力、磁场力；3、找接触面，画接触力（弹力、摩擦力）；4、若物体运动状态一致，可把物体视为一个质点，把作用点集中到质点上；5、检查有无漏力、错力。受力分析的注意事项1、物体所受的力都有其施力物体，否则该力不存在；2、受力分析时，只考虑根据性质命名的力；3、对于摩擦力应充分考虑物体与接触面是否有相对运动和相对运动趋势；4、受力分析时，要抓主要矛盾，忽略次要矛盾；5、根据物体的运动状态去检查物体的受力情况。练习题1、如下图所示，A、B两物体保持相对静止，且一直在水平地面向右作匀速运动，试分析A、B的受力。ABFV2、画出下列情况，在地面上A、B、C三物体的受力图。（1）A、B、C保持相对静止。（2）在B物上向右加一恒力F，A、B、C仍保持相对静止。（3）在A物上向右加一恒力F，A、B、C一起向右作匀速运动。A
B
C [例1]　下列属于平衡状态的物体是 (　　)
A．高速公路上匀速直线行驶的汽车
B．百米竞赛中运动员的起跑瞬间
C．陨石进入大气层受到很大阻力划出一条亮线而减速
D．乘客在加速的列车中静止不动
[思路点拨]　根据平衡状态的运动学特征和力学特征分析判断。[解析]　根据平衡状态的特征匀速或静止，或者说加速度等于零，A选项中的汽车是平衡状态，B、C、D均不是，故选A。
[答案]　A (1)判断物体是否处于平衡状态，可依据平衡条件，也可以利用平衡状态的定义。
(2)物体在某时刻速度虽然为零，但物体不一定处于平衡状态；若物体相对于另一物体静止，且具有共同的加速度，则物体也不处于平衡状态。1．下列选项中物体不是处于平衡状态的是 (　　)
A．沿固定在地面上的斜面匀速下滑的物体
B．竖直向上抛出的物体到达最高点的瞬间
C．飞机在空中水平匀速飞行
D．匀速降落的跳伞运动员解析：物体处于平衡状态的两种形式是静止和匀速直线运动，平衡条件是所受合力为零，故A、C、D正确，竖直向上抛出的物体在最高点时，速度虽然等于零，但仍受重力，不处于平衡状态，B错误。
答案：B [例2]如图所示，重力一定的物块P用两
根轻绳悬在空中，其中绳OA方向固定不动，
绳OB在竖直平面内由水平方向向上转动，则
在绳OB由水平方向转至竖直方向的过程中，
绳OB的张力的大小将 (　　)
A．一直变大　　　　　　 B．一直变小
C．先变大后变小 D．先变小后变大[思路点拨]　解此题的关键有三点：
(1)正确画出平衡时的受力分析图。
(2)分析某一力变化的特点及边、角变化的情况。
(3)根据平行四边形边长的变化定性判断力的变化。 [解析]　用力的平行四边形定则得
拉力F1、F2的合力F竖直向上、大小不
变，总等于G，拉力F2方向不变，F1与
水平方向的夹角逐渐增大，如图，由
平行四边形定则作出的图示看出OB绳的拉力F1先变小后变大，OA绳的拉力F2逐渐减小。
[答案]　D 图解法分析动态平衡问题的基本过程是：对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析，依据某一参量的变化(一般为某一角度)，在同一图中作出物体在若干状态下的平衡受力图(力的平行四边形或三角形)，再由力的平行四边形或三角形的边长变化及角度变化确定某些力的大小及方向的变化情况。例2中，当满足什么条件时，OB中张力最小？最小值为多大？
解析：由动态分析图可知， 当OB与OA垂直时，绳OB中张力最小，由几何关系知最小值为Tmin＝mgsin θ。
答案：见解析 [例3]　沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂
在A点，如图所示。足球的质量为m，网兜的质
量不计，足球与墙壁的接触点为B，悬绳与墙壁
的夹角为α。求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支
持力。 [思路点拨]　本题属于三力静态平衡问题，可以根据任意两个力的合力与第三力等大反向求解，也可以根据力的分解法求解，还可以用正交分解法求解。 [解析]　法一：用合成法求解
选足球作为研究对象，它受重力G＝mg、墙壁的
支持力N和悬绳的拉力F1三个共点力作用而平衡，
由共点力平衡的条件可知，N和F1的合力F与G大
小相等、方向相反，即F＝G，由图可求得 法三：用正交分解法求解
选足球作为研究对象，它受重力G、墙壁
的支持力N、悬绳拉力F1，如图所示。
取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，将F1
分别沿x轴和y轴方向进行分解。由平衡条件可
知，在x轴和y轴方向上的合力Fx合和Fy合应为零，即 三力平衡最重要的推论是三个力中任意两个力的合力必与第三个力等大、反向、共线。借助直角三角形、相似三角形及三角函数关系求解，亦可利用先分解再合成的正交分解法求解。2.如图所示，某同学在地面上拉着一个质量为
m＝30 kg的木箱匀速前进，已知木箱与地面间
的动摩擦因数为μ＝0.5，拉力F与水平方向的
夹角为θ＝45°，取g＝10 m/s2。求绳子的拉
力F为多少。解析：建立如图所示的直角坐标系，木箱受到四个力的作用，将拉力F沿两个坐标轴方向分解为F1和F2，得
F1＝Fcos θ，F2＝Fsin θ。
在x轴方向上由二力平衡可得
f＝F1＝Fcos θ，
在y轴方向上有F2＋N＝Fsin θ＋N＝G