人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力5 共点力的平衡教案配套课件ppt

这是一份人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力5 共点力的平衡教案配套课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了F合＝0，解决平衡问题常用方法，对平衡力的理解，答案B，动态平衡问题，答案AB，核心素养微专题，平衡体的稳度，答案A，课后提升训练等内容，欢迎下载使用。
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平衡条件1．对平衡状态的理解(1)两种平衡状态：共点力作用下的平衡状态包括静止状态和匀速直线运动状态．
2．共点力平衡的条件表达式：____________．
图示是幽默大师卓别林一个常用的艺术造型，他身子侧倾，依靠手杖的支持使身躯平衡．下列说法正确的是(　　)A．水平地面对手杖没有摩擦力的作用B．水平地面对卓别林没有摩擦力的作用C．水平地面对手杖的弹力方向沿杆向上D．水平地面对卓别林的作用力方向一定不是竖直向上的【答案】D
【解析】手杖有向右滑动的趋势，卓别林有向左滑动的趋势，水平地面对手杖和卓别林均有摩擦力的作用，选项A、B错误；水平地面对手杖的弹力方向垂直于地面向上，选项C错误；地面对卓别林的摩擦力方向向右，所以水平地面对卓别林的作用力方向斜向右上方，一定不是竖直向上的，选项D正确．
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我们处在一个异彩纷呈的世界里，世界上的物体可谓千姿百态．远古的巨石千百年来一直神奇地矗立着(如图)．都市里的人，却自有动中取静的办法，到了大商场里，你只要站着不动，自动扶梯就会安稳匀速地送你上楼下楼(如图)．从物理学角度来看，如果一个物体保持静止或做匀速直线运动，我们就说这个物体是处于平衡状态．因此，巨石、匀速电梯上站立的人都是处于平衡状态．那么，保持物体平衡需要什么条件呢？
对共点力平衡条件的理解
【答案】如果物体受两个力作用而平衡，这两个力一定等大反向且作用在一条直线上，即合力为零．如果物体受多个力作用而平衡，根据力的合成定则，我们可以把任意两个共点力用一个合力来等效代替，据此，三个以上的共点力最终都可以等效简化为两个共点力．可见，三个以上共点力的平衡，最终也都可以简化为二力平衡．根据二力平衡条件，我们就可以得出在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零，即F合＝0.
对共点力的理解精例1　物体受共点力作用，下列说法正确的是(　　)A．物体的速度等于零，物体就一定处于平衡状态B．物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态C．物体所受合力为零时，就一定处于平衡状态D．物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态【答案】C
【解析】处于平衡状态的物体，从运动形式上看是处于静止或匀速直线运动状态，从受力上来看，物体所受合外力为零．速度为零的物体，受力不一定为零，故不一定处于平衡状态，如竖直上抛到最高点的物体，选项A错误，C正确；物体相对于另一物体静止时，该物体相对地面不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此物体处于非平衡状态，故选项B错误；物体做匀加速运动，所受合力不为零，故不是平衡状态，选项D错误．
变式1　(多选)关于共点力，下列说法中正确的有(　　)A．作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，那么这两个力是共点力B．作用在一个物体上的两个力，如果是一对平衡力，那么这两个力是共点力C．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用点不在同一点上，那么这几个力也可能是共点力D．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用线可以汇交于一点，那么这几个力是共点力
【答案】BCD【解析】作用在一个物体上的几个力，如果作用在物体的同一点或者虽不作用在物体的同一点，但力的作用线交汇于一点，那么这几个力是共点力，所以C、D正确；大小相等、方向相反的力不一定作用在同一点，但一对平衡力必作用于同一物体的同一直线上，是共点力，所以A错误，B正确．
如图所示，重物的重力为G，轻绳AO与BO的A、B端是固定的，平衡时AO是水平的，BO与竖直方向的夹角为θ，能否用分解法和合成法两种方法求出AO的拉力FT1和BO的拉力FT2的大小？
【答案】选取O点为研究对象，其受力如图甲所示，O点受到三个力的作用：重物对O的拉力大小为G，AO绳的拉力FT1，BO绳的拉力FT2.如图乙所示，作出FT1和FT2的合力等于重力大小，在三角形中解出两绳拉力大小．如图丙所示，将重力沿两绳的方向分解，在三角形中解出两绳拉力大小．
1．处理静态平衡问题的常用方法
2．解决共点力作用下物体平衡问题的一般思路
【答案】F＝mgtan θ
【解析】选取金属球为研究对象，它受到三个力的作用，如图甲所示．金属球处于平衡状态，这三个力的合力为零．可用以下四种方法求解．
方法一：力的合成法如图乙所示，风力F和拉力FT的合力与重力等大反向，由平行四边形定则可得F＝mgtan θ．方法二：效果分解法重力有两个作用效果：使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧，所以可以将重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解，如图丙所示，由几何关系可得F＝F′＝mgtan θ．
方法三：正交分解法以金属球为坐标原点，取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立坐标系，如图丁所示．由水平方向的合力Fx合和竖直方向的合力Fy合分别等于零，即Fx合＝FTsin θ－F＝0Fy合＝FTcs θ－mg＝0解得F＝mgtan θ．
方法四：三角形法三个力的示意图首尾相连构成一个直角三角形，如图戊所示，由三角函数可求得F＝mgtan θ．由所得结果可见，当金属球的质量m一定时，风力F只跟偏角θ有关．因此，偏角θ的大小就可以指示出风力的大小．
如图所示，人通过跨过定滑轮的轻绳牵引一物体，人向右缓慢移动时，地面对人的支持力和摩擦力如何变化？【答案】人受重力、绳子的拉力及地面对人的支持力和摩擦力，当人缓慢向右移动时，绳子拉力的大小不变，但在水平方向的分力增大，竖直方向的分力减小，故地面对人的支持力和摩擦力都变大．
1．动态平衡：物体所受的力一部分是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态，所以叫动态平衡．
2．分析动态平衡问题的方法
解析法精例3　(多选)如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态．如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是(　　)A．绳的右端上移到b′，绳子拉力不变B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小D．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移
当杆向右移动后，根据xcsθ＝L，即L变大，绳长不变，所以θ角度减小，绳子与竖直方向的夹角变大，由2Tsinθ＝G可知，绳子的拉力变大，B正确；绳长和两杆距离不变的情况下，θ不变，所以挂的衣服质量变化，不会导致悬挂点的移动，D错误．
变式3　(2021届南京名校月考)体育课上某同学静止悬挂在单杠上，当两只手握点之间的距离增大时，运动员手臂受到的拉力，下列判断正确的是(　　)A．不变B．变小C．变大D．无法确定【答案】C
图解法精例4　如图所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点．现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是(　　)A．FN保持不变，FT不断增大B．FN不断增大，FT不断减小C．FN保持不变，FT先增大后减小D．FN不断增大，FT先减小后增大【答案】D
【解析】如图所示，先对小球进行受力分析，重力mg、支持力FN、拉力FT组成一个闭合的矢量三角形，由于重力不变、支持力FN方向不变，斜面向左移动的过程中，拉力FT与水平方向的夹角β减小，当FT⊥FN时，细绳的拉力FT最小，由图可知，随β的减小，斜面的支持力FN不断增大，FT先减小后增大，故选项D正确，A、B、C错误．
变式4　如图所示，两根等长的绳子AB和BC在结点B吊一重物静止，两根绳子与水平方向夹角均为60°.现保持绳子AB与水平方向的夹角不变，将绳子BC逐渐缓慢地变化到沿水平方向，在这一过程中，绳子BC拉力的变化情况是(　　)A．增大B．先减小后增大C．减小D．先增大后减小【答案】B
【解析】以结点B为研究对象，分析受力情况，根据三力平衡条件知，绳AB的拉力TAB与绳子BC的拉力TBC的合力与重力大小相等、方向相反．作出绳子BC逐渐缓慢地变化到沿水平方向过程中多个位置力的合成图，由力的矢量三角形定则得，绳子BC拉力先减小后增大．
相似三角形法精例5　光滑半球面上的小球被一条通过定滑轮的细绳系住，在力F的作用下，由底端缓慢拉到顶端的过程中，试分析绳的拉力F及半球面对小球的支持力FN的变化情况(如图所示)．【答案】F减小　FN不变
【解析】如图所示，作出小球的受力示意图，注意弹力FN总与球面垂直，从图中可得到相似三角形．设球体半径为R，定滑轮到球面最高点的距离为h，定滑轮与小球间绳长为L，根据三角形相似得
变式5　如图所示是一个简易起吊设施，AC是质量不计的撑杆，A端与竖直墙用铰链连接，一滑轮固定在A点正上方，C端吊一重物．现施加一拉力F缓慢将重物P向上拉，在AC杆达到竖直前(　　)A．BC绳中的拉力FT越来越大B．BC绳中的拉力FT越来越小C．AC杆中的支撑力FN越来越大D．AC杆中的支撑力FN越来越小【答案】B
在重力和支持力作用下的平衡物体的稳定程度大小，通常用稳度来表示．稳度的大小跟物体重心的高低、支持面的大小都有关系．重心越低、支持面越大，稳度越大．例如一个人站立时稳度低、蹲下时稳度高；单足站立时稳度低、双足站立时稳度高；而且双足分开、平行站立时稳度最高，因为围成的面积最大，如图甲比图乙的稳度大．所以为了增加物体的稳度，可以采用这样的办法：降低重心的高度和增大支持面的面积．
要说明的是支持面并非实际接触面，如上图中的支持面实际应该是双足围成的那个平面，即斜线部分．
【考题延伸】如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世之宝，飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为(　　)A．马跑得快的缘故B．马蹄大的缘故C．马的重心在飞燕上D．马的重力作用线通过飞燕【答案】D
【解析】骏马处于平衡状态，因此重力与支持力等大反向，同时马的重心位置和飞燕在一条竖直线上，否则不可能平衡，D项正确．素养点评：本题通过平衡的应用培养物理观念和科学思维素养．
课堂小练 | 素养达成
1．(多选)关于平衡状态的理解，下列说法正确的是(　　)A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于平衡状态B．蹦床运动员在空中上升到最高点时处于静止状态C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于平衡状态D．跳水运动员在跳台与水面之间运动时处于平衡状态【答案】AC
【解析】物体处于平衡状态时合力为零．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时合力为零，处于平衡状态，A正确；蹦床运动员在空中上升到最高点时瞬时速度为零，在重力作用下立即下落，合力不为零，不是静止状态，B错误；举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内合力为零，处于平衡状态，C正确；跳水运动员在跳台与水面之间运动时，受重力作用，合力不为零，不是平衡状态，D错误．
2．(多选)关于共点力，下列说法正确的是(　　)A．作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，那么这两个力是共点力B．作用在一个物体上的两个力，如果是一对平衡力，那么这两个力是共点力C．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用点不在同一点上，那么这几个力也可能是共点力D．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用线可以汇交于一点，那么这几个力是共点力
【答案】BCD【解析】作用在一个物体上的几个力，如果作用在物体的同一点或者虽不作用在物体的同一点，但力的作用线汇交于一点，那么这几个力是共点力，所以B、C正确；大小相等、方向相反的力不一定作用在同一点，但一对平衡力必作用于同一物体的同一直线上，是共点力，所以A错误，D正确．
3．若某一物体受共点力作用处于平衡状态，则该物体一定(　　)A．是静止的B．做匀速直线运动C．所受各共点力的合力可能不为零D．所受各共点力的合力为零【答案】D【解析】物体处于平衡状态时，物体可能静止或做匀速直线运动，选项A、B错误；此时各共点力的合力一定为零，选项C错误，D正确．
4．(2021届重庆名校月考)如图所示，某同学将一质量为m的溜溜球跨在轻质细线AB间，溜溜球静止在O点，测得∠AOB＝θ，不计摩擦．则此时细线上张力大小是(　　)