2020-2021物理粵教版第一冊(cè)教師文檔：第3章 第6節(jié)共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年物理新教材粵教版必修第一冊(cè)教師文檔：第3章第6節(jié)共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用含解析第六節(jié)共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo):1。［物理觀念］知道共點(diǎn)力、平衡狀態(tài)及共點(diǎn)力平衡的概念，能解決相關(guān)共點(diǎn)力平衡的實(shí)際問題．2.［科學(xué)思維]理解共點(diǎn)力平衡的條件，掌握共點(diǎn)力作用下物體平衡問題的處理方法，能分析、計(jì)算平衡問題．3。[科學(xué)探究］學(xué)會(huì)通過實(shí)驗(yàn)探究共點(diǎn)力平衡的條件，學(xué)會(huì)與他人合作與交流，提高實(shí)驗(yàn)探究能力．4.［科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]學(xué)會(huì)在解決實(shí)際問題中,實(shí)事求是，積極探究,培養(yǎng)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣．一、共點(diǎn)力的平衡1．共點(diǎn)力如果幾個(gè)力都作用在物體的同一點(diǎn)上，或者幾個(gè)力的作用線相交于同一點(diǎn)，這幾個(gè)力就稱為共點(diǎn)力．2．作圖時(shí)可以把力的作用點(diǎn)畫到作用線的公共交點(diǎn)上．3．共點(diǎn)力的平衡(1)平衡狀態(tài)：物體處于靜止或者保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)叫作平衡狀態(tài)．(2)共點(diǎn)力的平衡：物體如果受到共點(diǎn)力的作用且處于平衡狀態(tài),就叫作共點(diǎn)力的平衡．注意:物理中的“緩慢運(yùn)動(dòng)”可視為速度很小，接近于0，從而把“緩慢運(yùn)動(dòng)"看作平衡狀態(tài)來處理．二、共點(diǎn)力的平衡條件1．平衡條件：為了使物體保持平衡狀態(tài)，作用在物體上的力所必須滿足的條件，叫作共點(diǎn)力的平衡條件．2．二力平衡：物體在兩個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài),其平衡條件是這兩個(gè)力大小相等、方向相反,作用在同一直線上．3．物體在共點(diǎn)力作用下的平衡條件是所受合外力為零．說明：物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)，任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大、反向．1．思考判斷（正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)（1)物理速度等于零時(shí)，物體一定處于平衡狀態(tài)． （×）（2）在平直的高速公路上勻速行駛的汽車處于平衡狀態(tài)． (√）(3)用手拿一粒鋼球，剛松手的瞬間，小球仍處于平衡狀態(tài)． （×)(4)合外力保持恒定的物體處于平衡狀態(tài)． （×)2．若一個(gè)物體處于平衡狀態(tài)，則此物體一定是（)A．靜止 B．做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．做勻速直線運(yùn)動(dòng) D．所受合外力為零D［物體處于平衡狀態(tài)是指物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài),其合外力為零,加速度為零．所以選項(xiàng)D正確．]3。一個(gè)重為20N的物體置于光滑的水平面上，當(dāng)用一個(gè)F＝5N的力豎直向上拉該物體時(shí)，如圖所示，物體受到的合力為（）A．15N B．25NC．20N D．0D［因豎直向上的拉力F小于物體的重力,故物體仍處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，故選項(xiàng)D正確．]共點(diǎn)力的平衡條件如圖所示,人用手托著質(zhì)量為m的蘋果，沿水平方向以速度v勻速前進(jìn)(蘋果與手始終相對(duì)靜止)，蘋果與手掌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.請(qǐng)?zhí)骄?（1)甲同學(xué)認(rèn)為蘋果受三個(gè)力的作用：分別是重力、支持力和摩擦力，這種說法對(duì)嗎？（2)乙同學(xué)認(rèn)為蘋果受重力和支持力．這種說法對(duì)嗎？給出理由．提示：(1）不對(duì)．（2）對(duì)．因蘋果在水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，則其在重力和支持力的作用下處于平衡狀態(tài)．1．兩種平衡情形(1)物體在共點(diǎn)力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)．(2）物體在共點(diǎn)力作用下處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．2．兩種平衡條件的表達(dá)式（1)F合＝0.（2)eq\b\lc\{\rc\（\a\vs4\al\co1(Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0））其中Fx合和Fy合分別是將所受的力進(jìn)行正交分解后,物體在x軸和y軸方向上所受的合力．3．由平衡條件得出的三個(gè)結(jié)論4．驗(yàn)證共點(diǎn)力的平衡條件（1）實(shí)驗(yàn)器材圖板、白紙、圖釘、細(xì)線、彈簧測(cè)力計(jì)三個(gè)、刻度尺、小鐵環(huán)等．(2）實(shí)驗(yàn)過程①將圖板平放在桌面上，板面上用圖釘固定好白紙，將平放在圖板上的三個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)掛鉤用細(xì)線系在小鐵環(huán)上,如圖甲所示．甲乙②先固定好兩個(gè)測(cè)力計(jì),再沿某一方向拉著第三個(gè)測(cè)力計(jì)．當(dāng)鐵環(huán)平衡時(shí)，分別記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1、F2和F3,按各力的大小、方向作出力的圖示．③按平行四邊形定則,合成F1和F2，作出合力F12，比較F12和F3，如圖乙所示，或合成F2、F3，作出合力F23,比較F23與F1…，由此，找出三個(gè)力F1、F2、F3的關(guān)系．（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)我們得到共點(diǎn)力平衡的條件是物體所受合力為零，即F合＝0?！纠?】某同學(xué)用如圖裝置“驗(yàn)證共點(diǎn)力的平衡條件"．彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P處,下端用細(xì)線掛一重物M。彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置．分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向．(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N.（2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是________．(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前的字母)A．應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力B．彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零C．細(xì)線方向應(yīng)與木板平面平行D．改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置[解析］(2)結(jié)點(diǎn)O平衡時(shí)，兩測(cè)力計(jì)的拉力的合力應(yīng)與重物M的重力大小相等、方向相反，所以需要測(cè)量重物M的重力，A正確；B、C是實(shí)驗(yàn)應(yīng)有的注意事項(xiàng);實(shí)驗(yàn)中只要求O點(diǎn)處于平衡狀態(tài)，不必每次都處于同一位置,D錯(cuò)誤．[答案］（1)3。60(2）D【例2】如圖所示，物體A重400N，A與桌面間的最大靜摩擦力為120N，AC繩水平，OC繩與豎直方向的夾角為30°，當(dāng)物體B重100N時(shí),求:A所受的摩擦力為多少？（g取10m/s2)［思路點(diǎn)撥］正確對(duì)C點(diǎn)受力分析，用正交分解法求出各個(gè)力．[解析］結(jié)點(diǎn)C的受力如圖所示，沿水平和豎直方向畫出x軸和y軸，建立平面直角坐標(biāo)系．根據(jù)平衡條件得FCOsin30°－FCA＝0 ①FCOcos30°－mBg＝0 ②聯(lián)立①②得FCA＝mBgtan30°＝eq\f（100\r（3），3)N＝57。7N〈120N物體A保持靜止A水平方向受到AC的拉力和桌面的靜摩擦力的作用．根據(jù)二力平衡，A受到的靜摩擦力大小為f＝FCA＝mBgtan30°＝100×eq\f(\r（3)，3）N＝57.7N，方向水平向右．[答案]57.7N，方向水平向右求解共點(diǎn)力平衡問題的一般步驟(1）選取研究對(duì)象．（2）對(duì)所選取的研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，并畫出受力示意圖．（3)對(duì)研究對(duì)象所受的力進(jìn)行處理,采用合成法(或分解法)、或者正交分解法，建立合適的直角坐標(biāo)系，對(duì)各個(gè)力進(jìn)行正交分解．(4）由平衡條件列方程,Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0.(5）應(yīng)用解三角形的方法或利用方程組求解，必要時(shí)需對(duì)解進(jìn)行討論．[跟進(jìn)訓(xùn)練］1．關(guān)于躺在死海中悠閑地閱讀的人處于平衡狀態(tài)的說法，正確的是（)A．該人一定不受力的作用B．該人一定沒有加速度C．該人一定沒有速度D．該人一定保持靜止B[該人受重力和浮力，二力平衡，A錯(cuò)誤；處于平衡狀態(tài)的人的運(yùn)動(dòng)情況：可能靜止，也可能在水中勻速漂動(dòng)（直線運(yùn)動(dòng)),因此選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．本題B項(xiàng)正確．]共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用1．求解共點(diǎn)力平衡問題的常用方法方法內(nèi)容選用條件分解法物體受到三個(gè)力的作用而平衡時(shí)，將某一個(gè)力按力的效果進(jìn)行分解,則其分力和其他力在所分解的方向上滿足平衡條件物體受三力平衡合成法物體受三個(gè)力作用而平衡時(shí)，其中任意兩個(gè)力的合力必定跟第三個(gè)力等大、反向，可利用力的平行四邊形定則，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識(shí)求解物體受三力平衡正交分解法將各力分解到x軸上和y軸上,運(yùn)用兩坐標(biāo)軸方向上的合力等于零的條件eq\b\lc\｛\rc\（\a\vs4\al\co1（Fx合＝0,Fy合＝0））列式．值得注意的是x軸、y軸方向的選擇,應(yīng)盡可能使較多的力落在x軸、y軸方向上，被分解的力盡可能是已知力，不宜分解待求力物體在三個(gè)或三個(gè)以上共點(diǎn)力作用下的平衡2．求解平衡問題的一般步驟共點(diǎn)力作用下的物體的平衡問題，涉及的都是力的問題，解決此類平衡問題的步驟如下．(1）依據(jù)問題的需要選取適當(dāng)?shù)难芯繉?duì)象．研究對(duì)象的選取可以是系統(tǒng)整體，也可以是系統(tǒng)中隔離出的單個(gè)物體；(2)分析研究對(duì)象(整體或單個(gè)物體)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷它是否處于平衡狀態(tài),是靜止還是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；(3)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析并畫出受力示意圖；（4)分辨題目所屬的類型，選擇合適的解法;（5）依據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件，列出力的平衡方程;(6）求解問題并進(jìn)行討論．【例3】（多選)如圖所示，重物的質(zhì)量為m,輕細(xì)繩AO和BO的A端、B端是固定的,平衡時(shí)AO是水平的，BO與水平方向的夾角為θ,重力加速度為g,AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小分別是(）A．F1＝mgcosθ B．F1＝eq\f（mg,tanθ)C．F2＝mgsinθ D．F2＝eq\f（mg,sinθ)［思路點(diǎn)撥］正確作出受力分析圖，可用多種方法解決．BD[解法1：（合成法）由力的平行四邊形定則,作出F1、F2的合力F12，如圖所示,又考慮到F12＝mg,由幾何關(guān)系得F1＝eq\f（mg,tanθ），F(xiàn)2＝eq\f（mg,sinθ）,故B、D正確．解法2:（正交分解法）將O點(diǎn)受的力沿水平方向、豎直方向正交分解,如圖所示．由力的平衡條件得F2cosθ－F1＝0，F(xiàn)2sinθ－mg＝0,解得F2＝eq\f（mg，sinθ），F(xiàn)1＝eq\f(mg,tanθ）,故B、D正確．］力的合成與分解都遵從平行四邊形定則，計(jì)算時(shí)要先根據(jù)要求按照力的平行四邊形定則作出力的合成或力的分解的示意圖,再根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)解三角形,主要是求解直角三角形．[跟進(jìn)訓(xùn)練］2.如圖所示，質(zhì)量為m的物體在與豎直方向成θ角的推力F作用下，沿豎直墻壁向上勻速運(yùn)動(dòng)．若物體與墻面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,試求F的大?。甗解析］物體的受力如圖所示．由共點(diǎn)力的平衡條件，沿水平方向FN－Fsinθ＝0，沿豎直方向Fcosθ＝mg＋f，又f＝μFN，解得F＝eq\f（mg,cosθ－μsinθ).[答案]eq\f（mg，cosθ－μsinθ)1．物理觀念:共點(diǎn)力、平衡狀態(tài)、共點(diǎn)力平衡．2．科學(xué)思維：用共點(diǎn)力平衡的條件解決問題．3．科學(xué)方法:合成法、正交分解法、平衡法．1．關(guān)于共點(diǎn)力，下列說法不正確的是()A．作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力，如果大小相等，方向相反，這兩個(gè)力是共點(diǎn)力B．作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力，如果是一對(duì)平衡力，則這兩個(gè)力是共點(diǎn)力C．作用在一個(gè)物體上的幾個(gè)力，如果它們的作用點(diǎn)在同一點(diǎn)上，則這幾個(gè)力是共點(diǎn)力D．作用在一個(gè)物體上的幾個(gè)力，如果它們的力的作用線交于同一點(diǎn)，則這幾個(gè)力是共點(diǎn)力A[共點(diǎn)力是幾個(gè)力作用于一點(diǎn)或力的作用線交于一點(diǎn)的力．作用在同一物體上大小相等、方向相反的兩個(gè)力不一定在同一條直線上，即不一定是共點(diǎn)力．如果受兩個(gè)力且平衡的物體,所受的力一定是共點(diǎn)力，故A錯(cuò)誤．］2．物體在共點(diǎn)力作用下，下列說法正確的是（）A．物體的速度在某一時(shí)刻等于零，就一定處于平衡狀態(tài)B．物體相對(duì)另一物體保持靜止時(shí)，一定處于平衡狀態(tài)C．物體所受合力為零，就一定處于平衡狀態(tài)D．物體做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體處于平衡狀態(tài)C［某一時(shí)刻速度為零的物體，受力不一定為零，故不一定處于平衡狀態(tài),選項(xiàng)A錯(cuò)；物體相對(duì)于另一物體靜止時(shí)，該物體不一定靜止，如當(dāng)另一物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí),該物體也做變速運(yùn)動(dòng)，此物體處于非平衡狀態(tài),故選項(xiàng)B錯(cuò)；C選項(xiàng)符合平衡條件的判斷，故選項(xiàng)C對(duì)；物體做勻加速運(yùn)動(dòng)，所受合力不為零，故不是平衡狀態(tài)，選項(xiàng)D錯(cuò)．]3．如圖所示，某工人正在修理草坪，推力F與水平方向成α角，割草機(jī)沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),則割草機(jī)所受阻力的大小為()A．Fsinα B．FcosαC．eq\f(F，sinα) D．eq\f（F，cosα)B[割草機(jī)沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，四個(gè)力的合力為零，受力如圖，則有f＝Fcosα.］4。用輕彈簧豎直懸掛質(zhì)量為m的木塊，靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量為L(zhǎng),現(xiàn)用該彈簧沿斜面方向拉住質(zhì)量為2m的木塊,系統(tǒng)靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量也為L(zhǎng).已知斜面傾角為30°,如圖所示，則木塊所受摩擦力()A．等于零B．大小為eq\f（1，2）mg，方向沿斜面向下C．大小為eq\f（\r（3）,2)mg，方向沿斜面向上D．大小為mg，方向沿斜面向上A［對(duì)木塊由平衡條件有F＝mg，而F＝kL，所以k＝eq\f(mg,L）;木塊放在斜面上，由平衡條件有F′＋Ff－2mgsin30°＝0，F(xiàn)′＝kL＝mg，所以Ff＝0，A正確．］5。(思維拓展）科技的發(fā)展正在不斷地改變著我們的生活，如圖甲是一款放在水平桌面上的手機(jī)支架,其表面采用了納米微吸材料，用手觸碰無粘感，接觸到平整光滑的硬性物體時(shí)，會(huì)牢牢吸附在物體上．圖乙是手機(jī)靜止吸附在該手機(jī)支架上的側(cè)視圖，若