粤教版 (2019)必修 第一册第六节 共点力的平衡条件及其应用课文ppt课件

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必备知识·自主预习储备
知识点一　共点力的平衡1．共点力：如果几个力都作用在物体的______上，或者几个力的______相交于同一点，这几个力就称为共点力．2．作图时可以把力的作用点画到作用线的__________．
3．共点力的平衡(1)平衡状态：物体处于____或者保持________运动的状态叫作平衡状态．(2)共点力的平衡：物体如果受到共点力的作用且处于平衡状态，就叫作共点力的平衡．提醒　物理中的“缓慢运动”可视为速度很小，接近于0，从而把“缓慢运动”看作平衡状态来处理．
体验　1．(1)物体速度等于零时，物体一定处于平衡状态．(　　)(2)在平直的高速公路上匀速行驶的汽车处于平衡状态．(　　)(3)用手拿一粒钢球，刚松手的瞬间，小球仍处于平衡状态．(　　)(4)合外力保持恒定的物体处于平衡状态．(　　)[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
知识点二　共点力的平衡条件1．平衡条件：为了使物体保持____状态，作用在物体上的力所必须满足的条件，叫作共点力的平衡条件．2．二力平衡：物体在两个共点力作用下处于平衡状态，其平衡条件是这两个力大小____、方向____，作用在同一直线上．3．物体在共点力作用下的平衡条件是所受合外力为__．提醒　物体在三个共点力作用下处于平衡状态，任意两个力的合力与第三个力等大、反向．
体验　2．(1)物体所受的合外力为零，则物体一定处于平衡状态．(　　)(2)一个重为20 N的物体置于光滑的水平面上，当用一个F＝5 N的力竖直向上拉该物体时，如图所示，物体受到的合力为________．[答案]　(1)√　(2)0
关键能力·情境探究达成
考点1　共点力的平衡条件
考点2　共点力平衡条件的应用
如图所示，人用手托着质量为m的苹果，沿水平方向以速度v匀速前进(苹果与手始终相对静止)，苹果与手掌之间的动摩擦因数为μ.请探究：(1)甲同学认为苹果受三个力的作用：分别是重力、支持力和摩擦力，这种说法对吗？(2)乙同学认为苹果受重力和支持力．这种说法对吗？给出理由．
提示：(1)不对．(2)对．因苹果在水平方向匀速运动，则其在重力和支持力的作用下处于平衡状态．
考点1　共点力的平衡条件1．两种平衡情形(1)物体在共点力作用下处于静止状态．(2)物体在共点力作用下处于匀速直线运动状态．
3．由平衡条件得出的三个结论4．验证共点力的平衡条件(1)实验器材：图板、白纸、图钉、细线、弹簧测力计三个、刻度尺、小铁环等．
(2)实验过程①将图板平放在桌面上，板面上用图钉固定好白纸，将平放在图板上的三个弹簧测力计挂钩用细线系在小铁环上，如图甲所示．甲　　　　　　　　　　乙②先固定好两个测力计，再沿某一方向拉着第三个测力计．当铁环平衡时，分别记下测力计的示数F1、F2和F3，按各力的大小、方向作出力的图示．
③按平行四边形定则，合成F1和F2，作出合力F12，比较F12和F3，如图乙所示，或合成F2、F3，作出合力F23，比较F23与F1…，由此，找出三个力F1、F2、F3的关系．(3)实验结论：通过实验我们得到共点力平衡的条件是物体所受合力为零，即F合＝0．
【典例1】　在如图所示的甲、乙、丙、丁四图中，滑轮光滑且所受的重力忽略不计，滑轮的轴O安装在一根轻木杆P上，一根轻绳ab绕过滑轮，a端固定在墙上，b端下面挂一个质量为m的重物，当滑轮和重物都静止不动时，甲、丙、丁图中木杆P与竖直方向的夹角均为θ，乙图中木杆P竖直．假设甲、乙、丙、丁四图中滑轮受到木杆P的弹力的大小依次为FA、FB、FC、FD，则以下判断正确的是(　　) 甲　　　乙　　　　丙　　　　　丁A．FA＝FB＝FC＝FD　B．FD>FA＝FB>FCC．FA＝FC＝FD>FB D．FC>FA＝FB>FD
思路点拨：根据共点力的平衡条件：(1)绳上的拉力与物体的重力mg大小相等．(2)滑轮受到木杆P的弹力等于滑轮两侧细绳拉力的合力．
规律方法　力的合成与分解都遵从平行四边形定则，计算时要先根据要求按照力的平行四边形定则作出力的合成或力的分解的示意图，再根据数学知识解三角形，主要是求解直角三角形．
[跟进训练]1．(2022·广东佛山高一期末)电工经常需要高空作业，电工腰间所系的安全绳系挂方式不同，绳的受力大小也不同，在下图所示的情景中，同一电工均在空中处于静止状态，则绳所受拉力最小的是(　　)A　　　　 B　　　　C　　　　D
B　[电工在空中处于静止状态，受到自身重力及两绳拉力的共同作用，三力平衡，三力构成一个封闭的矢量三角形，根据合力与分力关系可知：当合力不变，两等大分力夹角越小，则两分力就越小，结合选项图像，可知选项B中，两绳夹角为0°，所以绳所受拉力最小．故选B.]
2．如图所示，在倾角为53°的斜面上，用沿斜面向上5 N的力拉着重4 N的木块向上做匀速运动，则斜面对木块的总作用力的方向是(　　)A．垂直斜面向上　B．水平向左C．沿斜面向下 D．竖直向上[答案]　B
考点2　共点力平衡条件的应用1．求解共点力平衡问题的常用方法
2．求解平衡问题的一般步骤共点力作用下的物体的平衡问题，涉及的都是力的问题，解决此类平衡问题的步骤如下．(1)依据问题的需要选取适当的研究对象．研究对象的选取可以是系统整体，也可以是系统中隔离出的单个物体；(2)分析研究对象(整体或单个物体)的运动状态，判断它是否处于平衡状态，是静止还是匀速直线运动状态；
(3)对研究对象进行受力分析并画出受力示意图；(4)分辨题目所属的类型，选择合适的解法；(5)依据共点力的平衡条件，列出力的平衡方程；(6)求解问题并进行讨论．
【典例2】　在科学研究中，可以用风力仪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．那么风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间有什么样的关系呢？
[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．可用以下三种方法求解．
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.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′＝mg tan θ.
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＝mg tan θ.[答案]　F＝mg tan θ
[跟进训练]3．(合成法)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[答案]　C
4．(正交分解法)如图所示，质量为m的物体在与竖直方向成θ角的推力F作用下，沿竖直墙壁向上匀速运动．若物体与墙面间的动摩擦因数为μ，试求F的大小．
学习效果·随堂评估自测
1．物体在共点力作用下，下列说法正确的是(　　)A．物体的速度在某一时刻等于零，就一定处于平衡状态B．物体相对另一物体保持静止时，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．物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态[答案]　C
2．如图所示，某工人正在修理草坪，推力F与水平方向成α角，割草机沿水平方向做匀速直线运动，则割草机所受阻力的大小为(　　)B　[割草机沿水平方向做匀速直线运动，四个力的合力为零，受力如图，则有f＝F cs α.]
3．用轻弹簧竖直悬挂质量为m的木块，静止时弹簧伸长量为L，现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为2m的木块，系统静止时弹簧伸长量也为L.已知斜面倾角为30°，如图所示，则木块所受摩擦力(　　)
4．(新情境题：以“手机支架”为背景，考查平衡条件)科技的发展正在不断地改变着我们的生活，图甲是一款放在水平桌面上的手机支架，其表面采用了纳米微吸材料，用手触碰无粘感，接触到平整光滑的硬性物体时，会牢牢吸附在物体上．图乙是手机静止吸附在该手机支架上的侧视图，若手机的重力为G，吸附着手机的支架表面与水平方向的夹角为θ.
问题：(1)手机受到的支持力大小为G cs θ对吗？说明理由．(2)纳米材料对手机的作用力多大，方向如何？提示：(1)不对．手机处于静止状态，受力平衡，根据平衡条件可知，在垂直支架方向有FN＝G cs θ＋F吸，故FN大于G cs θ.(2)根据平衡条件，纳米材料对手机的作用力大小等于重力，方向与重力方向相反，竖直向上．