2018版高中物理第5章第3节力的平衡第4节平衡条件的应用课件鲁科版必修1:38张PPT

课件38张PPT。第3节　力的平衡
第4节　平衡条件的应用教师备课参考 |核心素养养成目标|物理观念
1.认识平衡状态及静态平衡.
2.知道共点力的平衡条件,并能应用其解决问题.
3.了解平衡的种类和稳度,知道影响稳度的因素.
科学思维与科学探究
1.注意引导学生学会如何把生产和生活中的具体情景转换成物理模型,再应用相关的物理规律来分析力的平衡问题.
2.通过解析法和图解法,掌握如何分析动态平衡问题.
科学态度与责任
通过力的平衡及平衡条件应用的学习,体会物理规律与生活的联系.|教学重难点|教学重点
共点力的平衡条件.
教学难点
共点力作用下平衡条件的应用.感悟解题规律探寻基本知识测评学习效果探寻基本知识·树立物理观念知识点一 共点力作用下物体的平衡条件【情境导学】 一物体放在粗糙的水平面上,质量m=5 kg,物体与水平面间的动摩擦因数为μ=0.3,当用水平力F作用在物体上时,物体恰好做匀速直线运动,(g取10 N/kg)则
(1)匀速直线运动是平衡状态吗?
(2)物体处于平衡状态时受的合外力是多少?
(3)此时力F应为多少?答案:(1)是.
(2)合外力为零.
(3)F=μmg=0.3×5×10 N=15 N.【知识梳理】
1.平衡状态与静态平衡
(1)平衡状态:物体保持 或 的状态.
(2)静态平衡:物体在力的作用下处于 状态的平衡.
2.平衡条件:合力为 ,表达式为F合=0.
3.力的平衡:作用在物体上的几个力的合力为 的情况.
【思考判断】
1.若一个物体处于平衡状态,则此物体一定处于静止状态.(　 　)
2.物体的速度等于零时,物体一定处于平衡状态.(　 　)
3.物体所受合外力为零时,就一定处于平衡状态.(　 　)静止匀速直线运动静止零××√零知识点二平衡的种类和稳度【情境导学】
如图所示(甲)、(乙)、(丙)三个圆锥体分别属于什么类型的平衡?当它们偏离平衡位置时重心高度如何变化?答案:(甲)属于不稳定平衡,(乙)属于稳定平衡,(丙)属于随遇平衡.偏离平衡位置时重心的变化情况:(甲)降低,(乙)升高,(丙)不变.【知识梳理】
1.种类: 平衡、 平衡、随遇平衡.
2.稳度:物体的稳定程度,稳度的大小由 的高低和 的大小两个因素决定.
【思考判断】
1.“伸臂桥”以增大支持面的形式增加了桥的稳定性.(　 　)
2.不倒翁能处于平衡状态,而且不倒翁属于稳定平衡.(　 　)不稳定稳定重心支持面 √√要点一感悟解题规律·培养科学思维 对平衡状态及平衡条件的理解1.对平衡状态的理解
(1)静态平衡是处于静止状态的平衡,合力为零.
(2)动态平衡是匀速直线运动状态的平衡,合力为零.
总之,平衡状态是指加速度为零的状态.
2.对共点力作用下平衡条件的理解
(1)两种表达式
①F合=0　
②(2)由平衡条件得出的结论
①物体受三个力作用平衡时,其中任意两力的合力必与第三个力等大反向.
②物体受三个以上的力作用平衡时,其中任意一个力与其余几个力的合力等大反向.
③物体处于平衡状态时,沿任意方向物体所受的合力均为零.?思路探究? (1)物体静止或匀速直线运动时,还受力的作用吗?
答案:受力的作用,只不过合外力为零.
(2)当物体的速度为零时,物体一定处于平衡状态吗?
答案:不一定.
(3)合外力为零时,物体的速度一定为零吗?
答案:不一定,因为匀速直线运动时,合外力为零.【典例1】(2016·黄山高一期末)下列说法正确的是(　 　)
A.物体速度为零时,物体一定处于平衡状态
B.静止的物体才能平衡,运动的物体不能平衡
C.加速度不为零时,物体也可能平衡
D.只要物体加速度为零,不管其运动还是静止,都一定处于平衡状态D解析:物体的速度为零时,其加速度不一定为零,则不一定处于平衡状态,如竖直上抛的最高点,故选项A错误;若物体做匀速直线运动,此时也是平衡状态,选项B错误;加速度不为零时,即合外力不为零,物体一定不平衡,选项C错误;平衡条件是合外力为零,与速度是否为零无关,选项D正确.误区警示 静止状态与平衡
(1)平衡状态是指合外力为零,而不是指速度为零;静止状态是指速度为零,且合外力为零.
(2)速度为零可能是静止状态,也可能是物体做变速运动过程中的一个瞬时状态,若此状态合外力不为零,则不是平衡状态.因此静止的物体一定处于平衡状态,但速度为零的物体不一定处于平衡状态.(教师备用)
例1-1:(2016·静海高一检测)下列说法正确的是(　 　)
A.相对另一个物体匀速运动的物体一定是动态平衡
B.相对另一个物体静止的物体一定是静态平衡
C.不论是动态平衡还是静态平衡其合力一定为零
D.速度为零的物体一定是静态平衡解析:相对地面处于静止和匀速直线运动状态的物体才是平衡状态,所以选项A,B错误;平衡状态物体所受合力必为零,选项C正确;速度为零的物体可能加速度不为零,不一定是静态平衡,选项D错误.C ?针对训练1-1? (2016·福州模拟)下列物体中,处于平衡状态的是(　 　)
A.正在加速驶离站台的火车
B.正在做匀速直线飞行的飞机
C.正在减速滑行的汽车
D.正在转弯的自行车解析:物体受到平衡力作用时能保持平衡状态,即静止状态或匀速直线运动状态,正在加速驶离站台的火车、正在减速滑行的汽车和正在转弯的自行车,不是匀速直线运动,所以选项A,C,D错误,选项B正确.B要点二静态平衡问题的处理1.解决静态平衡问题的常用方法
(1)合成法:对于三个共点力作用下的物体平衡,任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反.
(2)分解法:对于三个共点力作用下的物体平衡,任意一个力沿与另外两个力反方向进行分解,所得分力与另外两个力大小相等、方向相反.
2.解决静态平衡问题的基本步骤
(1)选取研究对象.
(2)对所选取的研究对象进行受力分析,并画出受力图.
(3)建立平衡方程.若各个力作用在同一直线上,可直接用F合=0的代数式列方程.若几个力不在同一直线上,可用Fx合=0与Fy合=0联立列出方程组.【典例2】 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的大小.?思路探究? (1)题中的足球所处的状态是什么?受几个力?
答案:静态平衡,受三个力(重力、悬绳的拉力、墙的支持力).
(2)正交分解法能解决此类问题吗?如何建坐标系?
答案:能,可建两轴分别为水平和竖直的坐标系.解析:法一　合成法
取足球和网兜作为研究对象,它们受重力G=mg、墙壁的支持力N和悬绳的拉力T三个共点力作用而平衡.由共点力平衡的条件可知,N和T的合力F与G大小相等、方向相反,即F=G,作平行四边形如图所示.由三角形知识得:N=Ftan α=mgtan α, T= = .法二　分解法
取足球和网兜作为研究对象,其受重力G=mg、墙壁的支持力N、悬绳的拉力T,如图所示,将重力分解为F1′和F2′.由共点力平衡条件可知,N与F1′的合力必为零,T与F2′的合力也必为零,所以N=F1′=mgtan α,T= F2′ = .法三　正交分解法
取足球和网兜作为研究对象,受三个力作用,重力G=mg、墙壁的支持力N、悬绳的拉力T,如图所示,取水平方向为x轴,竖直方向为y轴,将T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合应分别等于零.即
Fx合=N-Tsin α=0 ①
Fy合=Tcos α-G=0 ②
由②式解得T= =
代入①式得N=Tsin α=mgtan α .
答案:　 mgtan α规律方法 平衡问题求解方法的选取
(1)合成法或分解法实际上都是平行四边形定则的运用,即通过两个力的等效合力或某个力的两个等效分力建立已知力与被求力之间的联系,为利用平衡条件解决问题做好铺垫.
(2)解物体在三个以上共点力作用下的平衡问题,一般不选择合成法,而是选择正交分解法.(教师备用)
例2-1:(2017·河北省沧州市高一月考)如图所示,斜面和竖直挡板均光滑,斜面倾角为θ,A,B两个光滑小球如图放置在斜面和竖直挡板之间,两小球质量均为m,求:
(1)斜面对小球A和B的支持力大小;
(2)竖直挡板对小球B的支持力大小.解析:对A球进行受力分析,如图(甲)所示,A球重力垂直于斜面方向的分力与斜面对小球的支持力相等;NA=mgcos θ
A球重力沿斜面方向的分力与B球对A球的弹力相等FBA=mgsin θ
对B球进行受力分析,如图(乙)所示,且FBA=FAB=mgsin θ,
在垂直于斜面的方向上有NB=mgcos θ+Nsin θ
沿斜面方向有:2mgsin θ=Ncos θ?针对训练2-1?(2017·江西省景德镇市高一检测)如图所示,小球被轻质细绳系住斜吊着放在静止的光滑斜面上,设小球质量m=1 kg,斜面倾角θ=30°,细绳与竖直方向夹角α=30°,光滑斜面体的质量M=3 kg,置于粗糙水平面上(g取10 m/s2).求:
(1)细绳对小球拉力的大小;解析:(1)以小球为研究对象,受力分析如图(1)所示.
根据平衡条件得知,T与N的合力F=mg(2)地面对斜面体的摩擦力的大小和方向.要点三物体的动态平衡问题分析所谓动态平衡问题,就是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢变化的平衡问题.即任一时刻物体均处于平衡状态.
(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,求出因变量与自变量的一般函数式,然后根据自变量的变化确定因变量的变化.
(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.特别提示 这类平衡问题是一个物体受到三个力(或可等效为三个力)而平衡,这三个力的特点:其中一个力的大小和方向是确定的,另一个力方向始终不改变,第三个力的大小和方向却可改变.【典例3】 如图所示,一个重为G的匀质球放在光滑斜面上,斜面倾角为α,在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态,今使板与斜面的夹角β缓慢增大,问:在此过程中,球对挡板和球对斜面的压力大小如何变化??审题指导?②对F2:β<90°,β↑→sin β↑→F2↓;
β>90°,β↑→sin β↓→F2↑.
综上所述:球对斜面的压力随β增大而减小;球对挡板的压力在β<90°时,随β增大而减小,而β>90°时,随β增大而增大;当β=90°时,球对挡板的压力最小.法二　图解法
取球为研究对象,球受重力G、斜面支持力F1、挡板支持力F2,因为球始终处于平衡状态,故三个力的合力始终为零,三个力构成封闭的三角形,当挡板逆时针转动时,F2的方向也逆时针转动,作出如图所示的动态矢量三角形,由图可知,F2先减小后增大,F1始终随β增大而减小.
答案:见解析规律方法 图解法的应用
(1)条件
(2)过程
(3)规律
当第三个力与第二个力垂直时,第三个力最小.(教师备用)
例3-1:半圆柱体P放在粗糙的水平地面上,其右端有固定放置的竖直挡板MN,在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q,整个装置处于静止状态,如图所示是这个装置的纵截面图.若用外力使MN保持竖直、缓慢地向右移动,在Q落到地面以前,发现P始终保持静止.在此过程中,下列说法正确的是(　 　)
A.MN对Q的弹力逐渐减小
B.地面对P的摩擦力逐渐增大
C.P,Q间的弹力先减小后增大
D.Q所受的合力逐渐增大B解析:取Q为研究对象,Q受到mg,FMN,FP三个力的作用,由于MN缓慢向右移动,小圆柱体Q处于动态平衡状态,分析可知FMN方向不变,FP与竖直方向夹角增大,转动过程中Q所受三力的变化情况如图所示,可以判断FMN,FP都变大,A,C错误.由于Q受力平衡,合力始终为零,D错误.取P,Q整体为研究对象,地面对P的摩擦力应与FMN平衡,所以地面对P的摩擦力逐渐增大,B正确.?针对训练3-1?(2017·黑龙江省哈尔滨市高一月考)如图,斜面顶端固定有半径为R的轻质滑轮,用不可伸长的轻质细绳将半径为r的球沿斜面缓慢拉升.不计各处摩擦,且R>r.设绳对球的拉力为F,斜面对球的支持力为N,则关于F和N的变化情况,下列说法正确的是(　 　)
A.F一直增大,N一直减小 B.F一直增大,N先减小后增大
C.F一直减小,N保持不变 D.F一直减小,N一直增大解析:对球受力分析,受重力、支持力和拉力,如图所示,
由于细绳与斜面的夹角不断增加,故F一直增大,N一直减小,故选A.A测评学习效果·演练当堂技法1.(2016·郴州高一检测)如图为节日里悬挂灯笼的一种方式,A,B点等高, O为结点,轻绳AO,BO长度相等,拉力分别为FA,FB,灯笼受到的重力为G.下列表述正确的是(　 　)
A.FA一定小于G B.FA与FB大小相等
C.FA与FB是一对平衡力 D.FA与FB大小之和等于GB解析:由A,B两点等高,AO,BO等长可知,AO绳与BO绳上的两力对称,选项B正确;若两绳间的夹角θ=120°时,FA=FB=G;当θ<120°时,FA=FB 120°时,FA=FB>G,故选项A错误;这两个力的大小相等但方向不在同一直线上,不是平衡力,选项C错误;这两个力矢量之和等于G,选项D错误.2.(2017·湖南省张家界市高一联考)如图所示,小强用与水平方向成θ角的轻绳拉木箱,未拉动,此时绳中拉力为F,则木箱所受摩擦力的大小为 (　 　)
A.F B.Fsin θ
C.0 D.Fcos θD 解析:对木箱受力分析,根据平衡条件:水平方向Fcos θ=f,得f=Fcos θ,故选D.3.(2017·福建三明市第一中学检测)(多选)如图所示,一根弹性良好的橡皮绳固定在同一高度的A,B两点,中间悬挂一轻质光滑滑轮,滑轮下端挂一质量为m的重物,平衡时橡皮绳之间的夹角为θ,现把B点水平右移到C点,达到新的平衡(橡皮绳始终在弹性限度内),则移动后相比移动前,下列说法中正确的是(　 　)
A.重物所受的合力变大 B.橡皮绳的弹力变大
C.橡皮绳对滑轮的合力变大 D.橡皮绳之间的张角θ变大BD解析:重新平衡时,物体的合力为零,没有变化,故A错误.对滑轮研究,根据平衡条件得橡皮绳对滑轮的合力大小等于重物的重力,保持不变.设橡皮绳的弹力为T,重物的重力为G,则有2Tcos =G,θ变大,则得T变大.故B,D正确,C错误.4.(2017·江苏清江高一月考)如图所示,A,B两物体用细线连着跨过定滑轮静止,A,B物体的重力分别为40 N和10 N,绳子和滑轮的质量、摩擦不计,以下说法正确的是(　 　)
A.地面对A的支持力是30 N
B.物体A受到的合外力是30 N
C.测力计示数为50 N
D.测力计示数为40 NA 解析:对B受力分析:受到向下的重力、向上的拉力.由平衡条件得GB=T=10 N,对A受力分析:受到向下的重力、向上的拉力T和地面的支持力N.由平衡条件得N=30 N,故A正确;因为物体A处于静止状态,所以合外力为零,故B错误;弹簧测力计的示数为T1=2GB=20 N,故C,D错误.5.(2017·武汉二中高一质检)如图所示,两轻弹簧a,b悬挂一小球处于平衡状态,a弹簧与竖直方向成30°角,b弹簧水平,a,b的劲度系数分别为k1,k2,则a,b的伸长量之比为(　 　)C 谢谢观赏！