高中物理 共点力作用下物体的平衡课件32张PPT (1)

第一节 共点力作用下
物体的平衡
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物体受力分析步骤是什么？
1.根据要求确定研究对象。
2.画出研究对象受到的重力，这是因为地球上的物体都受到重力的作用。
3.看它与哪些物体接触。如果它同周围的物体有挤压的现象，它一定受到弹力的作用。
4.如果它周围物体的接触面不光滑，除了互相挤压之外，还存在相对运动或相对运动趋势，它必然还会受到摩擦力的作用。
课堂引入
　　从高耸的山峰、凌空托起的巨石到我们脚下的大地；从摩天高楼、电视塔到家庭中的家具，摆设，无一不处于平衡状态。
课堂引入
空中芭蕾 平衡的艺术
叠石头的最高境界
叠石头的最高境界
作用在物体的同一点，或作用线相交于一点的几个力称为共点力。
限 速40km/s
G
F2
F1
F1
F2
F3
F
f
N
G
为了明确表示物体所受的共点力，在作示意图时，可以把这些力的作用点画到它们作用线的公共交点上。
在不考虑物体转动的情况下，物体可以当作质点看待，所以力的作用点都可以画在受力物体的重心上。
课堂引入
共点力:
几个力如果作用在物体的同一点,或者它们的作用线相交于一点，这几个力叫做共点力.
共点力:
F1
G
F2
F1
F3
F2
课堂引入
平衡状态
——物体处于静止或者匀速直线运动的状态叫做平衡状态。
N
G
静止在桌面上的木块
F
f
N
G
匀速行驶的汽车
G
N
f
静止在斜面上的木块
学习活动一 认识平衡状态
平衡的种类

如果物体缓慢移动则称为准静态。
B.动平衡：物体保持匀速直线运动状态。
A.静平衡：物体保持静止状态

平衡状态的运动学特征：
V=0 或V不变，即：a=0
注意：保持静止和瞬时速度为0不同
学习活动一 认识平衡状态
一、平衡状态
1.概念：一个物体在共点力的作用下，保持静止或者做匀速直线运动，我们就说这个物体处于平衡状态。
2.什么是平衡状态？
我们周围的楼房、树木、课桌椅、粉笔盒都处于静止状态，凡是保持静止不动的物体，我们就说它处于平衡状态。除此之外，如果物体做匀速直线运动，我们也称它处于平衡状态。举例：汽车沿直线匀速运动（是）；物体被匀速举高（是）；汽车拐弯（不是）。
学习活动一 认识平衡状态
判断：　　　
　以下物体是否处于平衡状态?
(1) 天花板下悬挂的静止的吊扇。
(2) 粗糙斜面上静止的木块。
(3) 光滑水平面上匀速直线滑动的冰块。
(4) 沿斜面匀速直线下滑的铁箱。
(5) 竖直上抛到最高点的篮球。
(6) 拿在手上铅球，松手的瞬间。
答：（1）（2） （3）（4）是平衡状态．
　　 （5）（6）不是平衡状态．
(1) 天花板下悬挂的静止的吊扇。
F
G
此时Ｆ＝Ｇ
构成二力平衡
Ｆ合＝０
(2) 粗糙斜面上静止的木块。
Ｇ
ＦN
Ｆ
Ｆ’
此时ＦＮ和F
的合力F’与G
形成二力平衡
Ｆ合＝０
(3) 光滑水平面上匀速直线滑动的冰块。
Ｇ
ＦN
v
此时FＮ＝G
形成二力平衡
Ｆ合＝０
(4) 沿斜面匀速直线下滑的铁箱。
G
ＦN
Ff
F’
v
此时FN和Ff
的合力Ｆ’与Ｇ
形成二力平衡
Ｆ合＝０
(5) 竖直上抛到最高点的篮球。
G
此时篮球只受到
重力Ｇ的作用，
Ｆ合＝Ｇ而不为０
(6) 拿在手上铅球，松手的瞬间。
Ｇ
此时铅球只受到
重力Ｇ的作用，
Ｆ合＝Ｇ而不为０
二、共点力作用下物体的平衡条件
1. 共点力作用下物体的平衡条件是
物体处于平衡状态时
它的加速度为零
它的运动状态不变
根据牛顿第二定律 。
2.当物体在二个力的作用下处于平衡状态时，这二个力一定是等值、反向、共线；
F
N
G
.
合力为零。
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退 出
目 录
学习活动二：探究平衡条件
3. 如果是三个力呢？
　　
实验验证：
将三个弹簧秤放在同一平面内，并将三个弹簧秤挂在同一物体上，三个力互成120度角,平衡时,记下三个弹簧秤的示数
结论：当物体在三个力的作用下处于平衡状态时，它们的合力一定等于零，且其中任意二个力的合力，都跟第三个力的大小相等，方向相反，作用在一条直线上。这样，三个力的平衡问题就可转化为二个力平衡问题。
F
1
F
2
O
F
3
F
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退 出
目 录
知道了共点力的平衡条件后，我们还可对实际中用得多的三力平衡条件得出两个重要的推论：
⑴三个共点力平衡时，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反，而且在同一条直线上。
⑵一个物体如果受到三个不平行的力作用下处于平衡状态，则这三个力必定共点共面，合力为零。
三.推论
20 N
15 N
a
A
B
C
O
O
F
1
F
2
F
3
F
解：作出O 点的受力图, 用平行四边形法则求出F 和F 的合力F 。
2
3
【例1】如图所示，在绕过两个定滑轮的绳子的两端悬挂两个物体，它们分别重15 N和20 N。在两个滑轮之间的绳上悬挂一个物体 A，当a = 90? 时，这三个物体都处于平衡状态。求 A 物体的重力。
问题1．如图所示，细绳CO与竖直方向成30°角，A、B两物体用跨过滑轮的细绳相连，已知物体B所受到的重力为100N，地面对物体B的支持力为80N，试求：
（1）物体A所受到的重力；
（2）物体B与地面间的摩擦力；
（3）细绳CO受到的拉力。
小结：
1．当物体受到多个共点力(在同一平面内)的作用时，也可用正交分解的方法，将各个力沿选定的直角坐标轴分解(建立直角坐标系时，一般尽量使更多的力落在坐标轴上，以减少分解力的个数)，然后根据Fx合＝0，Fy合＝0列式求解．
2．运用共点力平衡条件解题的步骤
(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分析图．
(3)对研究对象所受的力进行处理，或合成或分解或正交分解．
(4)根据F合＝0或Fx合＝0，Fy合＝0列方程求解．
问题2：如图所示，一个重为G的圆球，被一段细绳挂在竖直光滑墙上，绳与竖直墙的夹角为α，则绳子的拉力和墙壁对球的弹力各是多少？
α
F
FN
G
共点力的平衡
例2：如图所示，一个重为G的圆球，被一段细绳挂在竖直光滑墙上，绳与竖直墙的夹角为α，则绳子的拉力和墙壁对球的弹力各是多少？
F
FN
G
F合
α
α
解法一：合成法
F=F合=G/cosα
FN=Gtanα
共点力的平衡
拓展：若再减小绳长L，上述二力大小将如何变化？
例2：如图所示，一个重为G的圆球，被一段细绳挂在竖直光滑墙上，绳与竖直墙的夹角为α，则绳子的拉力和墙壁对球的弹力各是多少？
F
FN
G
F2
α
α
F1
解法二：分解法
F=F合=F2=G/cosα
FN=F1=Gtanα
共点力的平衡
例2：如图所示，一个重为G的圆球，被一段细绳挂在竖直光滑墙上，绳与竖直墙的夹角为α，则绳子的拉力和墙壁对球的弹力各是多少？
F
FN
Fy
α
α
Fx
G
x
y
解法三：正交分解法
X：FN-Fsinα=0
Y：Fcosα-G=0
解得：F=G/cosα
FN=Gtanα
共点力的平衡
根据共点力平衡条件可知，力F 必与F 等值反向，故物体的重力为 F = F = 25 N 。
1
1
3. 应用共点力平衡条件解题的步骤
（1）明确研究对象；
（2）正确分析研究对象的受力情况，并画出受力图；
（3）判断物体是否处于平衡状态，是否可以用共点力的平衡条件求解；
（4）运用平衡条件，选择适当的方法，列出平衡方程求解；
（5）解方程，对结果说明或讨论。
学习活动三：平衡条件的应用