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共点力的平衡条件.ppt

上传人:微传9988 文档编号:3441845 上传时间:2018-10-29 格式:PPT 页数:58 大小:2.73MB
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资源描述

1、,1.我们常见的物体的运动状态有哪些种类? 提示:我们常见的运动有直线运动和曲线运动,直线运动又分为变速直线运动和匀速直线运动,最常见的是物体处于静止状态.,2.如果物体受力平衡,那么物体的运动情况如何? 提示:如果物体处于平衡状态,物体将做匀速直线运动或静止,这要视物体的初速度情况而定.,3.结合教材P67“实验与探究”,探究共点力作用下二力平衡,三力平衡,n个力平衡的平衡条件? 提示:(1)物体受两个力作用而平衡时,这两个力等大反向; (2)物体受三个力作用而平衡时,任意两个力的合力与第三个力等大反向; (3)物体受到n个共点力作用而平衡时,其中任意(n-1)个力的合力必与第n个力等大反向

2、.,4.在老师的指导下分析、解答教材P68例题,试总结应用共点力作用下的平衡条件解决问题的步骤? 提示:(1)根据问题的要求和计算方便,恰当地选择研究对象.所谓“恰当”,就是要使题目中给定的已知条件和待求的未知量,能够通过这个研究对象的平衡条件尽量联系起来. (2)对研究对象进行受力分析,画出受力分析示意图. (3)通过“平衡条件”,找出各个力之间的关系,把已知量和未知量联系起来. (4)列方程求解,必要时对解进行讨论.,共点力平衡的应用方法 1.正交分解法分析物体的平衡问题. (1)分析物体的受力情况,画出受力示意图.(2)建立直角坐标系,坐标系的原点建立在力的交点上,并且使尽量多的力与坐标

3、轴重合.(3)分别沿x、y轴方向列出平衡方程,即Fx=0,Fy=0,解平衡方程.,2.多种方法处理三力平衡问题:(1)合成与分解法:即把其中的两个力合成为一个力,则第三个力与该力必等大反向,或者把其中一个力沿另外两个力的方向分解,从而转化为两个二力平衡问题.(2)相似法:三力平衡时若三力不共线,则可首尾相连组成一个封闭的力三角形,若与某一几何三角形相似,就可以借助比例由几何关系分析或计算力.,共点力的平衡条件 1.平衡状态:静止或匀速直线运动 2.平衡条件:所受合外力为零,典例 如图所示,斜面的倾角为37,其上放一物体,拉力F的方向平行于斜面向上,当F1=25 N时,物体能够沿着斜面匀速向上滑

4、动,当F2=20 N时,物体沿着斜面匀速向下滑动,求物体与斜面间的动摩擦因数.,解答本题时要把握以下三点: (1)物体沿斜面向上或向下滑动时,明确摩擦力的方向. (2)可沿斜面和垂直于斜面方向建立坐标系. (3)列出x、y方向的平衡方程.,【规范解答】当物体沿着斜面匀速向上滑动时,受力分析如图,当物体沿着斜面向下滑动时,受力分析如图代入数据,解得=,【变式备选】如图所示,用一个 三角支架悬挂重物,已知AB杆所受的最 大压力为2 000 N,AC绳所受的最大拉 力为1 000 N,30,为不使支架 断裂,求悬挂物的重力应满足的条件?,【解析】悬绳A点受到竖直向下的拉力FG,这个拉力将压紧水平杆A

5、B并拉引绳索AC,所以应把拉力F沿AB、CA两方向分解,设两分力为F1、F2,画出的平行四边形如图所示. 由图可知:F1 F2 即,因为AB、AC能承受的最大作用力之比为: 当悬挂物重力增加时,对AC绳的拉力将先达到最大值,所以,为不使三角支架断裂,计算中应以AC绳中拉力达最大值为依据,即取F2=F2m=1 000 N,于是得悬挂物的重力应满足的条件为GmF2sin30500 N 答案:小于等于500 N,典例 (2011西安高二检测)如图所示,某装卸工人推着质量为m的木箱在水平地面上匀速运动,已知木箱与地面间的动摩擦因数为,该工人推力与水平面间夹角为,求工人推力的大小.(重力加速度为g),【

6、规范解答】以木箱为研究对象,对其进行受力分析,如图所示,建立平面直角坐标系,且将F进行正交分解,在水平方向和竖直方向由平衡条件列方程如下:Fcos-f=0 FN-mg-Fsin=0 f=FN 由得f=(mg+Fsin)代入 所以F= 答案:,【规律方法】 应用正交分解法分析物体平衡问题的步骤 1.分析物体的受力情况,画出受力的示意图. 2.建立直角坐标系,坐标系的原点建立在力的交点上,并且使尽量多的力与坐标轴重合. 3.将不在坐标轴上的力沿x轴、y轴分解 4.分别沿x、y轴方向列出平衡方程,即Fx=0,Fy=0,解平衡方程求解.,1.下列说法正确的是( ) A.物体处于平衡状态指的是物体的匀速

7、直线运动状态 B.物体所受的合力为零时物体一定处于平衡状态 C.物体所受的合力为零时物体不一定处于平衡状态 D.物体处于平衡状态时一定静止,【解析】选B.物体处于平衡状态指的是物体处于静止或匀速直线运动状态,A、D错误;物体处于平衡状态的条件就是合力为零,故B正确,C错误.,2.人站在自动扶梯的水平踏板上随扶梯斜向上匀速运动,如图所示,则以下正确的说法是( ) A.人受到重力、支持力和摩擦力 的作用 B.人受到重力和支持力的作用 C.人受到的合外力不为零 D.人受到的合外力方向与速度方向相同,【解析】选B.因为人随扶梯斜向上匀速运动,处于平衡状态,根据物体处于平衡状态的推论可知:物体所受的力一

8、定是平衡力,已知物体受重力作用,则一定受竖直向上的支持力的作用,一定不会受到水平方向上的摩擦力.答案选B.,3.(2011马鞍山高一检测)各图中三角形的三边各代表一个力,以下说法中正确的是( )A.图中三个力的合力为零 B.图中三个力的合力为2F3 C.图中三个力的合力为2F1 D.图中三个力的合力为2F2,【解析】选C.在图中F1、F2的合力为F3,所以三个力的合力为2F3,A错误;图中F1 、F3的合力为F2,所以三个力的合力为2F2,B错误;图中F3 、F2的合力为F1,所以三个力的合力为2F1,C正确;图中F1、F2的合力为-F3,所以三个力的合力为零,D错误.,4.如图所示,一重为4

9、 N的球固定在 AB杆的上端,今用弹簧测力计水平 拉球,使杆发生弯曲,此时测力计 的示数为3 N,则AB杆对球作用力的 大小为( ) A.3 N B.4 N C.5 N D.6 N,【解析】选C.小球受重力mg、弹簧测力计的水平拉力F和杆的弹力FN处于平衡状态,其合力为零,故C正确.,5.有一种圆珠笔,内部有一 根小弹簧.如图所示,当笔杆 竖直放置时,在圆珠笔尾部 的按钮上放一个200 g的砝 码,弹簧压缩2 mm.现用此圆 珠笔水平推放在水平桌面上 的一本书,当书匀速运动时, 按钮压缩量为2.5 mm.试求:书与桌面间摩擦力的大小(g取10 N/kg).,【解析】以砝码为研究对象,当砝码平衡

10、时有F=mg =0.210 N=2 N,由胡克定律F=kx得:k= =1103 N/m,当书匀速运动时,以书为研究对象,书受 到的弹力F等于摩擦力f,即F=f,而F=kx =11032.510-3 N=2.5 N,故书与桌面间的摩擦力大 小为f=2.5 N. 答案:2.5 N,一、选择题(本题共5小题,每小题5分,共25分) 1.起重机提吊货物时,货物所受重力G和拉力T之间的关系是( ) A.货物匀速上升时,TG B.货物匀速下降时,TG C.只有当货物静止时,T=G D.不论货物匀速上升、匀速下降还是静止时,都有T=G,【解析】选D.本题要注意的是物体的平衡状态是指物体保持静止或匀速直线运动

11、状态,与物体运动方向无关.因此,无论货物匀速上升、匀速下降或静止时,物体所受重力和拉力都是平衡力,总是大小相等的.所以答案选D.,2.(2011宁德高一检测)下列各组物体受到的三个共点力中,可能使物体平衡的有( ) A.3 N,4 N,8 N B.3 N,5 N,7 N C.1 N,2 N,4 N D.7 N,5 N,13 N 【解析】选B.三个共点力中,任取其中两个力合成,根据|F1-F2|FF1+F2,求得合力的范围,看第三个力是否在该范围内,若在该范围内,则合力为零,物体处于平衡状态.经检验只有B正确.,3.(2011邵阳高一检测)(双选)质量为m的 木块在推力F作用下在水平地面上做匀速

12、运 动,已知木块与地面间的动摩擦因数为, F与水平方向的夹角为,那么木块受到的摩擦力应为( ) A.mg B.(mg+Fsin) C.(mg-Fsin) D.Fcos,【解析】选B、D.对木块受力分析如图, 将F分解为水平向左和竖直向下的两个 分力,根据平衡条件得滑动摩擦力f= Fcos,D正确;在竖直方向上,由平 衡条件得FN-Fsin-mg=0,由f=FN知 f=(Fsin+mg),B正确,A、C错误.,4.(双选)如图所示,电灯悬挂于两墙壁 之间,更换水平绳OA,使连接点A向上 移动而保持O点位置和OB绳的位置不变, 则在A点向上移动的过程中( ) A.绳OB的拉力逐渐增大 B.绳OB的

13、拉力逐渐减小 C.绳OA的拉力先增大后减小 D.绳OA的拉力先减小后增大,【解析】选B、D.在绳OA的连接点A向上 移动的过程中,结点O始终处于平衡状 态.取结点O为研究对象,受力情况如图 所示,图中F1、F2、F3分别是绳OA、绳 OB、电线对结点O的拉力,F3是F1和F2 的合力,且F3=F3.在A点向上移动的过程中,F3的大小和方向都保持不变,F2的方向保持不变.由图可知,当绳OA垂直于OB时,绳OA的拉力最小,所以绳OA的拉力先减小后增大,绳OB的拉力逐渐减小.正确选项为B、D.,【规律方法】图解法解决动态平衡问题的技巧 图解法解决动态平衡问题具有直观、简便等优点,使用中要注意以下三点

14、: (1)本方法适用的基本上都是三力平衡问题,且物体所受三力中,有一个是恒力(即大小方向都不变),还有一个是方向不变仅大小变化的力,另一个则是大小方向都变化的力,否则用图解法不一定简单. (2)根据平衡条件,图解法可采用将恒力沿另外两个力的反方向分解的方式,也可采用将另外两个力合成的方式,其合力与恒力等大反向.,(3)规范作图,利用平行四边形定则或三角形定则进行讨论.讨论时要特别注意方向变化的那个力,要切实搞清楚其方向变化的范围,在此变化范围内进行讨论.,5.(2010全国新课标高考)如图 所示,一物块置于水平地面上. 当用与水平方向成60角的力F1 拉物块时,物块做匀速直线运动;当改用与水平

15、方向成30角的力F2推物块时,物块仍做匀速直线运动.若F1和F2的大小相等,则物块与地面之间的动摩擦因数为( ) A. -1 B.2- C. D.1-,【解析】选B.由平衡条件F合=0,用F1拉物块时, F1cos60-(mg-F1sin60)=0 用F2推物块时,F2cos30-(mg+F2sin30)=0 由题意知,F1=F2 由联立解得:=2- 故选B.,二、非选择题(本题共3小题,共25分,要有必要的文字叙述) 6.(6分)如图所示,物体在五个共点力 的作用下保持平衡. (1)如果撤去F1,而保持其余四个力不 变,这四个力的合力的大小等于_, 方向为_. (2)上面问题的五个力中,将F

16、1的方向顺时针转90,大小保持不变,其余四个力的大小和方向均不变,则新情况下这五个力的合力大小等于_.,【解析】(1)根据平衡条件,如果撤去F1,而保持其余四个力不变,这四个力的合力大小等于F1的大小,方向与F1的方向相反. (2)除F1外的四个力的合力与F1等大反向,当F1的方向顺 时针转90时,F1与其余四个力的合力垂直,故这五个 力的合力大小F= 答案:(1)F1 与F1方向相反 (2) F1,7.(挑战能力)(8分)细绳一端固定在竖直 放置的光滑圆环上的B点,另一端系一质 量为m的小球于A点,小球穿过圆环,细绳 与竖直方向的夹角为30,如图所示,求 细绳的拉力大小和圆环对小球的弹力大小

17、.,【解析】分析小球受力,如图所示, 将重力mg与圆环的弹力FN合成,其合 力为F合,则F合大小等于FAB,方向与 细绳的拉力FAB相反,将mg、F合、FN 建立一矢量三角形,此三角形与几何 三角形ABO相似,则 所以F合= mg,所以FN= mg=mg,则细绳的拉力大小为 mg,圆环对小球的弹力大小为mg. 答案: mg mg,8.(2011湛江高一检测)(11分)如图所示,质量 为5.5 kg的木块,与竖直墙壁间的动摩擦因数 =0.5,木块在与竖直方向成=37向上的推 力F作用下,紧贴墙壁以大小为2 m/s的速度滑行, 则推力F的大小为多少?(g=10 m/s2),【解析】木块紧贴墙壁匀速滑动,有可能沿墙壁匀速上滑,也有可能沿墙壁匀速下滑. (1)当木块匀速上滑时,对其进行受力 分析,建立平面直角坐标系,如图所示. 将F进行分解,根据平衡条件得: x方向上:Fsin=FN y方向上:Fcos=mg+f 而滑动摩擦力f=FN 由以上三个关系式得F=110 N.,(2)当木块匀速下滑时,对其进行受力 分析,建立平面直角坐标系,如图所示. 根据平衡条件得: x方向上:Fsin=FN y方向上:Fcos+f=mg 而滑动摩擦力f=FN 由以上三个关系式得F=50 N. 答案:若木块沿墙壁匀速上滑,推力大小为110 N, 若木块沿墙壁匀速下滑,推力大小为50 N.,

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