沪教版高中物理选修2-2 2.2探究共点力作用下的物体平衡条件_学案1

探究共点力作用下物体的平衡条件
【学习目标】
1．知道物体的平衡状态。
2．掌握共点力作用下的物体的平衡条件。
3．会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题。
【学习重难点】
1．掌握共点力下的平衡的受力分析
2．会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题。
【学习过程】
知识探究1：
一、共点力作用下物体的平衡状态
问题设计
桌子上放着的杯子、天花板上的吊灯、在平直铁轨上匀速行驶的火车中的乘客等都处于平衡状态，你能总结“平衡状态”的含义吗？
知识要点
1．平衡状态：物体在共点力的作用下，保持 或 的状态。
2．共点力作用下物体平衡状态的运动学特征： 。
3．“保持”某状态与“瞬时”某状态有区别，例如：竖直上抛的物体运动到最高点时，这一瞬间的速度为零，但这一状态不能“保持”，因而不属于平衡状态。
4．若通过控制某一物理量，使物体的状态(速度)发生“缓慢”变化，这一变化过程在物理学中称为动态平衡，在动态平衡过程中每个状态也称为平衡状态。
典例精析
例1 下列物体中处于平衡状态的是( )
A．静止在粗糙斜面上的物体 B．做匀加速直线运动的物体
C．在平直路面上匀速行驶的汽车 D．做自由落体运动的物体在刚开始下落的瞬间
知识探究2：
二、共点力作用下物体的平衡条件
问题设计
1．物体在两个力的作用下处于平衡状态，这两个力存在什么关系？


实验设计
2．二至三人合作，用三个测力计拉住小环O，使小环保持静止，如图所示。记下三个测力计的拉力的方向及大小，用力的图示法在纸上表示出各个力。请先研究其中某两个力的合力跟第三个力的关系，然后找出三个共点力平衡时满足的条件。
知识要点
1．平衡条件
（1）F合＝ (或加速度a＝ )。
2．平衡条件的四个推论
（1）二力作用平衡时，二力 、 。
（2）三力作用平衡时，任意两力的合力与第三个力 、 。
（3）多力作用平衡时，任意一个力与其他所有力的合力 、 。
（4）物体处于平衡状态时，沿任意方向上分力之和 。
延伸思考
物体速度为0时，一定处于静止状态吗？

典例精析
二、共点力平衡条件的简单应用
例2 如图2所示，某个物体在F1．F2．F3．F4四个力的作用下处于静止状态，若F4的方向沿逆时针转过60°而保持其大小不变，其余三个力的大小和方向均不变，则此时物体所受到的合力大小为 。
三、利用正交分解法求解共点力的平衡问题
例3 拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具(如图所示)。设拖把头的质量为m，拖杆质量可忽略；拖把头与地板之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。某同学用该拖把在水平地板上拖地时，沿拖杆方向推拖把，拖杆与竖直方向的夹角为θ。若拖把头在地板上匀速移动，求推拖把的力的大小。
针对训练 如图所示，质量为m的物体在恒力F作用下，沿水平天花板向右做匀速直线运动。力F与水平方向的夹角为θ，重力加速度为g。则物体与天花板间的动摩擦因数μ＝ 。
课堂要点小结
【达标检测】
知识点一 共点力作用下物体的平衡
1．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是( )
A．物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态
B．一物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态
C．物体所受合力为零，就一定处于平衡状态
D．物体做匀加速直线运动时，物体处于平衡状态
2．如图所示，物块在力F作用下向右沿水平方向匀速运动，则物块所受的摩擦力f与拉力F的合力方向应该是( )
A．水平向右 B．竖直向上 C．向右偏上 D．向左偏上
知识点二 利用平衡条件求解物体受力
3．某物体处于平衡状态时受到四个力的作用，保持其中三个力大小和方向均不变，将另一个力F保持其大小不变，方向转过90°角，则欲使物体仍保持静止状态，必须再加上一个大小为多大的力才行( )
A．F B．F C．2F D．3F
4．物体受到三个共点力F1＝7 N、F2＝9 N及未知力F作用而平衡，试讨论F的取值范围；若物体受到四个共点力F1＝7 N、F2＝9 N、F3＝3 N及未知力F4作用而平衡，则F4的取值范围如何呢？
知识点三 利用正交分解法分析平衡问题
5．如图所示，重力为500 N的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200 N的物体，当绳与水平面成60°角时，物体静止。不计滑轮与绳的摩擦。求地面对人的支持力和摩擦力。