高一物理课件 共点力作用下物体的平衡.ppt

1、 物体处于静止或匀速运动状态，称之为平衡状态.平衡状态下的物体是高中物理中重要的模型，解平衡问题的基础是对物体进行受力分析.物体的平衡在物理学中有着广泛的应用：在静力学中有单体平衡、双体平衡；带电粒子在电、磁场中运动等，都需要用到物体平衡知识.在高考中，直接出现或间接出现的几率非常大.1.共点力：几个力作用于。，或它们的(该点不一定在物体上)，这几个力叫共点力.2.共点力的平衡条件：在共点力作用下物体的平衡条件是.物体的同物体的同一点一点作用线交于同一点作用线交于同一点合力为零合力为零 3.判定定理：物体在三个互不平行的力的作用下处于平衡，则这三个力必为共点力.(表示这三个力的矢量首尾相接，恰

2、能组成一个封闭三角形)4.解题途径：当物体在两个共点力作用下平衡时，这两个力一定；当物体在三个共点力作用下平衡时，往往采用平行四边形定则或三角形定则；当物体在四个或四个以上共点力作用下平衡时，往往采用正交分解法.等值反向等值反向 主题(1)单体物体平衡 如图2-3-1，一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力作用，木块处于静止状态，其中F1=10N，F2=2N，若撤去力F1，则木块在水平方向受到的合力为()图图2-3-1A.10N，方向向左，方向向左 B.6N，方向向右，方向向右C.2N，方向向左，方向向左D.零零 最大静摩擦力及受力平衡.当木块受三个力作用而静止时，则

3、F1=F2+f，f=8N.由此可知，最大静摩擦力不小于8N.至少静摩擦力可以在0和8N之间取值.当撤去F1后，因为F2=2N，它小于8N，所以此时，桌面可以给物体施加一个水平向右、大小为2N的静摩擦力，让物体静止.因此木块所受的合力仍为零，故选项D正确.D(1)近年高考力学部分的平衡态问题，其题型主要以选择、填空为主，大的计算题也会出现.这类题一般要涉及摩擦力，尤其是静摩擦力，要充分理解静摩擦力的概念和静摩擦力的一些特点.如静摩擦力为接触力、被动力，没有现成公式计算，在零和最大静摩擦力之间取值，与正压力无关等.(单选单选)一轻杆的一端固定一轻杆的一端固定一质量为一质量为m的小球的小球P，另一端

4、固，另一端固定在水平转轴定在水平转轴O上，杆绕转轴上，杆绕转轴O在竖直平面内匀速转动在竖直平面内匀速转动.某时刻某时刻杆与水平方向成杆与水平方向成q角，则此时杆角，则此时杆对小球对小球P的作用力的作用力F的方向在图的方向在图2-3-2中哪个区域范围内中哪个区域范围内()A沿竖直向上方向沿竖直向上方向 B沿沿PO方向方向C指向图中区域指向图中区域 D指向图中区域指向图中区域图图2-3-2 小球做匀速圆周运动时，小球做匀速圆周运动时，小小球受到重力球受到重力(mg)和杆的作用力和杆的作用力(F杆杆)两个力的作用，所受到的合力两个力的作用，所受到的合力(F合合)应沿圆周的半径径向指向圆应沿圆周的半径

5、径向指向圆心该合力是小球做匀速圆周运心该合力是小球做匀速圆周运动 所 需 的 向 心 力，如 右 图 所动 所 需 的 向 心 力，如 右 图 所示由力的平行四边形定则知，示由力的平行四边形定则知，杆的作用力杆的作用力(F杆杆)方向指向图中区方向指向图中区域域，选项，选项C正确正确C (双选双选)如图如图2-3-3所示，在光滑的所示，在光滑的水平地面上放置一质量为水平地面上放置一质量为m的物块，一劲的物块，一劲度系数为度系数为k的弹簧的一端与其拴接，另一的弹簧的一端与其拴接，另一端拴接在竖直的墙上，现把物块向右拉出端拴接在竖直的墙上，现把物块向右拉出一段距离时力为一段距离时力为F.再撤去该力，

6、经过时间再撤去该力，经过时间t，物块经过平衡位置物块经过平衡位置O，此时的速度为，此时的速度为v.则则()图图2-3-3A物体被拉出的距离物体被拉出的距离B物体被拉出的距离物体被拉出的距离C这段时间内物块运动的平这段时间内物块运动的平均速度均速度D这段时间内物块运动的平这段时间内物块运动的平均速度均速度Fsk2Fsk2vv Fvkt根据胡克定律，物体拉出的距离根据胡克定律，物体拉出的距离 ，根据平均速度的定义，得：根据平均速度的定义，得：.sFvtktFskAD 主题(2)双体平衡(整体法和隔离体法)对于两体或多体的平衡问题，在不涉及物体间相互作用的内力时，应首先考虑整体法，其次再考虑隔离法.

7、通常在分析外力对系统的作用时用整体法，在分析系统内各物体(各部分)间相互作用时用隔离法.有时一道题目的求解要整体法、隔离法交叉运用.(单选)如图2-3-4所示.用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来，今对于球a持续施加一个向左偏下30的恒力，并对小球b持续施加一个向右偏上30的同样大的恒力，最后达到平衡，则表示平衡状态的图可能是()图图2-3-4 整体法与隔离法 解法1：以a、b两球及连接a、b球间的绳为一系统，因为施加在a、b两球上的两个恒力F等值反向，所以这两个力的合力为零，而整个系统处于静止状态，由于它们所受的重力是竖直向下的，所以连接悬挂点至a球的那段绳也必然是竖直向下的，所以四个图中

8、只有A图正确.解法2：我们也可以用隔离法对a、b小球进行受力分析，也会得到同样的结论，以C图为例，只列出两个小球的水平方程就可以，见图.对a：F1cos30=T1sin+T2sin 对b：F2cos30=T2sin 因为F1=F2，所以T1sin=0，T10，所以=0.A 在力的平衡问题中，用整体法可以省略系统内部的相互作用，简化解题过程.一般在分析外力对系统的作用时，用整体法；在分析系统内各物体间(或各部分间)相互作用时，用隔离法；有时解答一个问题需要多次选取研究对象，整体法和隔离法交叉应用.用整体法研究问题时往往要省略系统内部的相互作用.在场强为E、方向竖直向下的匀强电场中，有两个质量均为

9、m的带电小球，电量分别为+2q和-q.两小球用长为l的绝缘细线相连，另用绝缘细线系住带正电的小球悬挂于O点而处于平衡状态，如图2-3-5所示.重力加速度为g，细线对悬点O的作用力等于.图图2-3-5 如图，以两球及中间的细线为研究对象(中间线的拉力、电荷间的库仑力皆为内力).受力如图.由平衡条件有：T+qE=2mg+2qE，T=2mg+qE (单选单选)如图如图2-3-6所示，质量所示，质量为为M的楔形物块静置在水平地面上，的楔形物块静置在水平地面上，其斜面的倾角为其斜面的倾角为q.斜面上有一质量斜面上有一质量为为m的小物块，小物块与斜面之间的小物块，小物块与斜面之间存在摩擦用恒力存在摩擦用恒

10、力F沿斜面向上拉沿斜面向上拉小物块，使之匀速上滑在小物块小物块，使之匀速上滑在小物块运动的过程中，楔形物块始终保持运动的过程中，楔形物块始终保持静止地面对楔形物块的支持力为静止地面对楔形物块的支持力为()图图2-3-6A(M+m)g B(M+m)g-FC(M+m)g+Fsinq D(M+m)g-Fsinq 对楔形物块与小物块这一对楔形物块与小物块这一系统受力分析，受到重力，支系统受力分析，受到重力，支持力，拉力持力，拉力F，系统各物体均，系统各物体均平衡，则整个系统也处于平衡平衡，则整个系统也处于平衡状态，由对力状态，由对力F正交分解后，正交分解后，由平衡条件得：由平衡条件得：FN+F s i

11、 n q=(M+m)g，则，则FN=(M+m)g-Fsinq，所以答案，所以答案为为D.D 主题(3)力的三角形法 由三个力作为三个边组成的三角形，叫力的三角形.对受三个共点力作用而平衡的物体，任两个力的合力必与第三个力等值、反向、共线.这样将力平移后，这三个力便组成一个首尾依次相连的封闭的力三角形，如图所示.力三角形在处理静态平衡和动态平衡问题中时常用到.力的三角形法，由于用三角形边的长短来表示力的大小，因而在力三角形中容易比较各力的大小或某一个力的大小变化情况.如图2-3-7所示，绳OA、OB等长，A点固定不动，在手持B点沿圆弧向C点运动的过程中，绳OB上的张力将()A.由大变小 B.由小

12、变大 C.先变小后变大 D.先变大后变小动态平衡中力的三角形定则的运用动态平衡中力的三角形定则的运用图图2-3-7 设在某一位置，绳端在B点(如图)，此时O点受三力作用而平衡；TA、TB、T，此三力构成一封闭三角形(如图)，随着B端的移动，绳B的张力TB的方向、大小不断变化，但T的大小、方向始终不变，TA大小变而方向不变，封闭三角形关系始终成立，很容易看出：当TB与TA垂直时，即+=90时，TB取最小值，故选项C正确.C 本题为动态变化中力的变化问题.为解该类问题方便，一般把动态变化中的每一位置视为瞬间平衡问题来处理.因为这类问题不要求定量计算，故常常运用矢量三角形定则来定性分析.主题(4)相

13、似三角形法 在数学上，当两个三角形相似时，其两个三角形的对应边分别成比例.这一知识不仅在数学上有重要应用，在物理上也有应用.物理上的矢量可用有向线段表示，矢量的合成与分解又遵守平行四边形定则或三角形法则，这样就构成了一个矢量三角形(平行四边形可分为两个三角形)，如果能找到一个由已知几何量构成的三角形与之相似，那么“相似三角形法”就可用于处理物理问题.当物体受三个共点力作用处于平衡状态时，若三力中有二力的方向发生变化，而无法直接用图解法得出结论时，可以用表示三力关系的矢量三角形跟题中的其他三角形相似对应边成比例，建立关系求解.（单选）如图2-3-8所示，固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固

14、定一小定滑轮，细线一端拴一小球A，另一端绕过定滑轮.今将小球从图中所示的初位置缓慢地拉至B点.在小球到达B点前的过程中，小球对半球的压力FN及细线的拉力F1的大小变化是()图图2-3-8A.FN变大，变大，F1变小变小 B.FN变小，变小，F1变大变大C.FN不变，不变，F1变小变小 D.FN变大，变大，F1变大变大 在共点力的平衡求解中相似三角形法的运用 小球受三个共点力作用而处于动态平衡，可由共点力平衡条件，利用相似三角形法求解，如右图所示.由图可知，小球处于平衡状态，则支持力FN与拉力F1的合力F与重力G大小相等.由于三个力构成的三角形与OAO相似，则有：,得到 ,由于在拉动小球的过程中

15、，AO变短，R+h及R不变,故FN不变，F1变小，故只有C正确.C1NFFmgRRhAONRFmgRh1AOFmgRh 本题的求解采用了“相似三角形法”，即力三角形与几何三角形相似，这两个三角形的对应边成比例.对共点力平衡问题，三角形相似法用得较多，给求解问题带来了不少方便，要注意巧用该法，本题的命题意图，主要是考查物体的平衡条件.（双选）已知如图2-3-9所示，带电小球A、B的电荷量分别为QA、QB，OA=OB，都用长L的丝线悬挂在O点.静止时A、B相距为d.为使平衡时AB间距离减为d/2，可采用以下哪些方法()图图2-3-9 A.将小球A、B的质量都增加到原来的2倍 B.将小球B的质量增加

16、到原来的8倍 C.将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半 D.将小球A、B的电荷量都减小到原来的一半，同时将小球B的质量增加到原来的2倍 由B的共点力平衡图知 ，而 ，可知，.BFdm gL2ABkQ QFd3ABBkQ Q Ldm gBD 主题(5)力的正交分解法 在很多问题中，常把一个力分解为互相垂直的两个分力，特别在物体受多个力作用时，把物体受到的各力都分解到互相垂直的两个方向上去，然后分别求每个方向上的力的代数和，这样就可把复杂的矢量运算转化成互相垂直方向上的简单的代数运算.多力合成的正交分解法的步骤如下：(1)正确选择直角坐标系，通常选择共点力的作用点为坐标原点，直角坐标x、y轴的选

17、择应使尽量多的力在坐标轴上，(2)正交分解各力，即分别将各力投影在坐标轴上，分别求x轴和y轴上各力投影的合力Fx和Fy.(3)求共点力合力大小和合力的方向.当物体受到多于三个力的作用而平衡时，用正交分解法求解较为简便.如图2-3-10所示，质量为m的物体放在倾角为的斜面上，它与斜面间的动摩擦因数为，今对物体施加沿斜面向上的拉力作用，物体恰好能匀速上滑，求此拉力的大小？图图2-3-10力的正交分解力的正交分解 物体在匀速运动中受四个力的作用，在用正交分解法建立坐标系时有两种思路：一种是把平行斜面方向和垂直斜面方向分别定为x、y轴，如图所示，有：F-f-mgsin=0N-mgcos=0f=N,解得

18、：F=mgsin+mgcos 另一种思路是把水平方向和竖直方向分别定为x轴、y轴，如图所示，有：Fcos-Nsin-fcos=0 Ncos-fsin-mg=0 f=N,解得：F=mgsin+mgcos 比较上述两种解题思路可以看出，用正交分解法解静力学问题，无论坐标系怎么建立，都能得到同样的答案，但坐标系建立得恰当有利于简化解题步骤.在斜面上的正交分解往往是分解在平行于斜面与垂直于斜面方向或水平方向与竖直方向，要视具体情况而定.如图2-3-11所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为.质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，求地

19、面对三棱柱支持力和摩擦力各为多少？图图2-3-11 选取A和B整体为研究对象，它受到重力(M+m)g，地面支持力N，墙壁的弹力F和地面的摩擦力f的作用如图(a)所示而处于平衡状态.根据平衡条件有：N-(M+m)g=0F=f可得可得N=(M+m)g 再以B为研究对象，它受到重力mg，三棱柱对它的支持力NB，墙壁对它的弹力F的作用如图(b)所示，而处于平衡状态，根据平衡条件有：NBcos=mg NBsin=F 解得F=mgtan 所以f=F=mgtan 主题(6)平衡中的临界及极值 如图所示2-3-9，某同学在地面上拉着一个质量为m=30kg的箱子匀速前进，已知箱与地面间的动摩擦因数为=0.5，拉

20、力F1与水平面夹角为=45，g=10m/s2.求：图图2-3-9(1)绳子的拉力绳子的拉力F1为多少？为多少？(2)该同学能否用比该同学能否用比F1小的力拉着箱子小的力拉着箱子匀速前进？如果能，请求出拉力的最匀速前进？如果能，请求出拉力的最小值小值.若不能，请说明理由若不能，请说明理由.利用三角函数求解极值(1)F1cos45=(mg-F1sin45)；(2)设拉力与水平方向夹角为，则 Fcos=(mg-Fsin)；当=arctan时，F有最小值，其值为.min260 51mgFN1100 2cos45sin45mgFNcossinmgF 本题运用了数学中的三角函数求极值的方法，数学中求极值的方法在物理中经常会运用.