3.5共点力平衡（第一课时）-高一物理备课必备讲义（人教必修第一册 ）

第三章 相互作用——力3.5  共点力平衡（第一课时） 课标要求素养要求课标解读1.知道什么是共点力，知道什么是平衡状态，掌握共点力平衡的条件.2.会利用合成法或分解法分析三力平衡问题．3.整体法隔离法在共点力平衡中的应用  1．物理观念：知道什么是共点力，理解共点力平衡的条件。2．科学思维：(1)能利用合成法、分解法解决三力平衡(2)能利用正交分解法处理多力平衡及动态平衡问题。3．科学态度与责任：能运用共点力平衡条件解决生活、生产、科技中的实际问题。   教材原句01  物体受到几个力的作用，如果保持    或         状态，我们就说这个物体处于      。自主思考篮球被竖直向上抛出，运动到最高点的瞬间速度等于零，则篮球在最高点处于平衡状态吗？为什么教材原句02  在共点力作用下物体平衡的条件是       ，我们把它称为            。自主思考如图所示，斧子、酒瓶处于静止状态，它们的加速度是多少？所受合力是多少？探究点01  对平衡条件的理解及应用情境探究如图所示，甲图中的鸟在几个力的作用下处于静止状态；乙图中的飞机在水平方向上做匀速直线运动；丙图中的照相机静止在三脚架上。上述三个物体均在多个共点力作用下处于平衡状态，它们各自所受的作用力应满足什么条件？探究归纳1．平衡状态物体受到几个力作用时，保持静止或匀速直线运动的状态。2．在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0。即F合＝0或，其中Fx合和Fy合分别是将力进行正交分解后，在x轴和y轴上所受的合力。3．共点力平衡的推论(1)二力平衡：若物体在两个力作用下处于平衡状态，则这两个力一定等大、反向、共线。(2)多力平衡：若物体在多个共点力作用下处于平衡状态，则其中任意一个力与其余所有力的合力等大、反向、共线。【探究应用1】物体在五个共点力的作用下保持平衡，如图所示，其中F1大小为10 N，方向水平向右。(1)若撤去力F1，而保持其余四个力不变，求其余四个力的合力的大小和方向；(2)若将F1转过90°，求物体所受的合力大小。【迁移应用1】如图所示，在水平天花板上用绳AC、BC和CD吊起一个物体，使其处于静止状态，结点为C，绳子的长度分别为AC＝4 dm，BC＝3 dm，悬点A、B间距为5 dm。则AC绳、BC绳、CD绳上的拉力大小之比为(　　)A．40∶30∶24B．4∶3∶5C．3∶4∶5D．因CD绳长未知，故无法确定 探究点02  解决共点力平衡的三种常用方法情境探究悬挂式广告挂牌如图所示，挂牌的重力为G，两侧绳与竖直方向的夹角都为θ，挂牌保持静止，有哪些方法能确定两侧绳的拉力大小？说说你的想法。探究归纳合成法物体在三个共点力作用下处于平衡时，将其中的任意两个力合成，其合力一定与第三个力平衡，从而把三力平衡问题转化为二力平衡问题分解法物体在三个共点力作用下处于平衡时，将其中任意一个力沿其他两个力的反方向分解，则每个方向上的一对力大小相等，方向相反，从而把三力平衡问题转化为两个方向上的二力平衡问题正交分解法物体在三个或三个以上的共点力作用下处于平衡时，将物体所受的各个力均向两个互相垂直的方向上分解，然后分别在这两个方向上列平衡方程。此时平衡条件可表示为：Fx合＝0，Fy合＝0 【探究应用2】“风力仪”可直接测量风力的大小，其原理如图所示。仪器中一根轻质金属丝悬挂着一个金属球。无风时，金属丝竖直下垂；当受到沿水平方向吹来的风时，金属丝偏离竖直方向一个角度。风力越大，偏角越大。通过传感器，就可以根据偏角的大小指示出风力。求风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间的关系(重力加速度为g)。【迁移应用2】如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心．一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点．设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ，重力加速度为g，下列关系正确的是(　　)A．F＝   B．F＝mgtan θC．FN＝   D．FN＝mgtan θ探究点03  受力分析和整体法、隔离法在平衡中应用情境探究分析平衡问题的基本思路是怎样的？探究归纳1．整体法与隔离法项目整体法隔离法概念将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力注意问题受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用一般隔离受力较少的物体2.注意问题(1)只分析所受的力在进行受力分析时，一定要注意，我们分析的是物体“受到”的力，而不是物体对外施加的力，也不要把作用在其他物体上的力，错误地认为通过“力的传递”而作用在研究对象上。(2)只分析外力对几个物体的整体进行受力分析时，这几个物体间的作用力为内力，不能在受力图中出现；当把某一物体单独隔离分析时，原来的内力变成了外力，要画在受力分析图上。(3)合力与分力进行受力分析时，同一物体受到的合力与分力是“等效替代”的关系，不能同时出现。【探究应用3】(多选)如图所示，一个固定的斜面，一个小物块在水平推力作用下处于静止状态，关于小物块的受力下列说法正确的是(　　)A．一定受到重力、弹力、摩擦力和水平推力四个力B．水平推力和重力的合力一定垂直斜面方向C．不一定受到摩擦力，摩擦力也不一定沿斜面向上D．斜面的支持力和水平推力的合力方向可能竖直向上【迁移应用3】如图所示，M、N两物体叠放在一起，在恒力F作用下，保持静止状态，则关于两物体受力情况的说法正确的是(　　)A．物体N可能受到4个力B．物体M与墙之间可能有弹力和摩擦力C．物体M一定受到4个力D．物体M与N之间可能无摩擦力学业合格练1．（2022·全国·高一课时练习）如图所示的三种情况下，日光灯所受的拉力F1、F2及重力G不是共点力的是 （   ）A．甲情况下 B．乙情况下C．丙情况下 D．甲、乙、丙三种情况下2．（2022·山东省临沂第一中学高一开学考试）如图所示，两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上。关于斜面体A和B的受力情况，下列说法正确的是（　　） A．A一定受到五个力 B．B可能受到四个力C．B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力 D．A与B之间一定有摩擦力3．（2022·江西省乐平中学高二开学考试）如图，质量相等的A、B两个磁铁石吸附在竖直的磁性黑板上处于静止状态，磁铁石A与磁性黑板的磁力大于磁铁石B与磁性黑板的磁力，磁铁石A受到的摩擦力大小为，磁铁石B受到的摩擦力大小为。现用竖直向下的推力使两个磁铁石沿黑板向下做匀速直线运动，作用于磁铁石A的推力大小为，作用于磁铁石B的推力大小为，磁铁石与黑板间的动摩擦因数相同，下列关系式正确的是（　　） A．    B．   C．    D．   4．（2022·甘肃·永昌县第一高级中学模拟预测）如图所示，倾角为的斜面顶端连接一轻质弹簧，弹簧下端连接一小物块，在斜面上保持静止状态。已知小物块质量为m、与斜面间的动摩擦因数为，弹簧劲度系数为k。弹簧处于弹性限度内，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，则（　　）A．弹簧可能处于压缩状态 B．弹簧的最大形变量为C．小物块所受的摩擦力不可能为零 D．斜面对小物块的作用力方向竖直向上，且大小等于5．（2022·全国·高三课时练习）将四块相同的坚固石块垒成圆弧形的石拱，3、4两块固定在地基上，1、2块间的接触面竖直，每个石块的两个侧面所夹的圆心角均为30°，不考虑石块间的摩擦力，则石块1、2间的作用力F1和石块1、3间的作用力F2的大小之比为（　　） A．∶2 B．1∶2 C．∶3 D．∶16．（2022·重庆十八中高三阶段练习）某同学用如图所示的装置开展探究实验，固定在墙壁上的一个力传感器通过一根水平绳与小木块B相连，A、B都放在质量可以忽略的长薄板C上，地面光滑。已知A的质量为1kg，B的质量为0.6kg，A、C间与B、C间的动摩擦因数都为0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。重力加速度g=10m/s2，当施加一个力F作用在A上，下列说法正确的是（　　）A．时，力传感器示数为0 B．时，力传感器示数为C．时，力传感器示数为 D．时，力传感器示数为7．（2022·四川省德阳市第三中学高三开学考试）如下图所示，两木块的质量分别为和，两轻质弹簧的劲度系数分别为和，上面木块压在上面弹簧上（但不拴接），整个系统处于平衡状态。现缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面的弹簧。在这个过程中，下面木块移动的距离为（　　） A． B． C． D．8．（2022·山西省翼城中学校高三阶段练习）如图所示，两根直杆竖直固定在水平地面上，两杆之间的距离为，一根不可伸长的细绳的两端分别固定在杆上等高的M点和N点，轻绳的长度为，在绳上距离M点为L的P点系一固定绳套，悬挂质量为m的钩码。重力加速度为g，则MP和NP段细绳的拉力大小分别是（　　） A．， B．，C．， D．，学业等级练9．（2022·重庆十八中高三阶段练习）张鹏同学在家帮妈妈洗完衣服后，挂在如图所示的晾衣架上晾晒，A、B为竖直墙壁上等高的两点，为长度相等的两根轻绳，为一根轻杆。转轴C在中点D的正下方，A、O、B在同一水平面上。，衣服质量为m，重力加速度为g。则（　　）A．杆的弹力大小为 B．杆的弹力大小为C．绳所受的拉力大小为 D．绳所受的拉力大小为10．（2022·四川·双流中学高三阶段练习）如图所示，滑轮本身的质量可忽略不计，滑轮轴O安装在一根轻木杆B上，一根轻绳AC绕过滑轮，A端固定在墙上，且保持水平，C端下面挂一个重物，BO与竖直方向的夹角为θ=45°，系统保持平衡。若保持滑轮的位置不变，改变θ的大小，则滑轮受到木杆的弹力大小的变化情况是（　　）A．只有θ变小，弹力才变大B．只有θ变大，弹力才变大C．无论θ变大还是变小，弹力都变大D．无论θ变大还是变小，弹力都不变11．（2022·广东·盐田高中高三阶段练习）如图所示，倾角为30°的斜面体放在水平面上，质量为m=1kg的滑块用质量不计的细绳拴接，细绳跨过固定在斜面体顶端的光滑滑轮后被水平向右、大小为F=10N的拉力拉着，整个装置处于静止状态，重力加速度g=10m/s2，则下列说法正确的是（　　） A．滑块与斜面体之间的摩擦力的大小为5NB．斜面体对滑块的支持力大小为5NC．地面对斜面体没有摩擦力的作用D．滑块与斜面体之间没有摩擦力的作用12．（多选）（2022·山东·青岛超银高级中学高二期末）一学校物理项目学习小组研究悬索桥的受力特点，实际的悬索桥在工程上是复杂的，他们进行了合理简化，悬索桥的简化模型如下：悬索桥由六对钢杆悬吊，六对钢杆在桥面上分列两排，其上端挂在两根钢缆上，如图为其一侧面图。已知图中相邻两钢杆间距离为9m，靠桥面中心的钢杆长度为2m（即AA′=DD′=2 m），BB′=EE′，CC′=PP′，又已知两端钢缆CM、PN与水平方向成45°角，若钢杆、钢缆自重不计，每根钢杆承受拉力相同，桥面总质量为m，以下说法正确的是（　　）A．每根钢杆拉力大小为  B．每对钢缆AD中拉力大小为 C．每对钢缆CM中拉力大小为  D．BB′的长度为6m13．（多选）（2022·全国·高三课时练习）如图所示，倾角为θ的斜面体C置于水平地面上，物体B置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接，连接物体B的一段细绳与斜面平行，已知A、B、C都处于静止状态。则（　　） A．物体B受到斜面体C的摩擦力可能为零B．斜面体C受到水平地面的摩擦力一定为零C．斜面体C有沿地面向右滑动的趋势，一定受到水平地面向左的摩擦力D．将细绳剪断，若B物体依然静止在斜面上，此时水平地面对斜面体C的摩擦力一定不为零冲刺“双一流”14．（多选）（2022·重庆十八中高三阶段练习）如图所示，在倾角为的粗糙斜面上静止放置质量分别为m和的A、B两物体，斜面与两物体间的动摩擦因数均为0.8，用一条不可伸长的细绳通过轻滑轮将两物体相连，现对滑轮施加竖直向上由零缓慢增大的拉力，直到物块A或B将要发生滑动，但刚好没有滑动。已知绳与竖直方向的夹角均为，用、分别表示斜面对两物体的摩擦力，滑动摩擦力等于最大静摩擦力，在此过程中，关于摩擦力大小的变化情况描述正确的是（，，）（　　）A．可能先平行于斜面向下再平行于斜面向上 B．一直不变C．地面对斜面的摩擦力可能水平向右 D．一直减小15．（多选）（2022·广东·珠海市第一中学高三阶段练习）体育器材室里，篮球摆放在如图所示的球架上。已知球架的宽度为d，每个篮球的质量为m，直径为D（D=2d），不计球与球架之间的摩擦，重力加速度为g。则（　　）A．每根长横梁受到4个球的总弹力为 B．每根长横梁受到4个球的总弹力为 C．若减小球架宽度，则每根长横梁受到的弹力变小D．若减小球架宽度，则每根长横梁受到的弹力变大