高中物理必修一4.4 平衡条件的应用 教案

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1、4.4《平衡条件的应用》教案一.教学内容：平衡条件的应用二、教学目标：掌握求解共点力平衡条件的应用问题的一般方法和步骤［教学过程］1.共点力平衡条件的应用现实生活中，物体在力的作用下处于平衡状态的情况随处可见，站着的人在重力和地面支持力的作用下，处于静止平衡状态，这叫静态平衡；跳伞运动员在降落过程中，当其匀速降落时，他所受的重力与降落伞的拉力及空气阻力平衡，这是动态平衡。有时，物体就整体而言并不处于平衡状态，但它可以在某一方向上处于平衡状态。如在海面上加速行驶的快艇，在水平方向做变速运动，可是它在竖直方向上只受重力和浮力这一对平衡力作用，

2、因此它在竖直方向上处于平衡状态。2.依平衡条件列方程可对任一方向也可在某一方向（1）在共点力作用下物体处于平衡状态，则物体所受合力为零，因此物体在任一方向上的合力都为零。（2）如果物体只是在某一方向上处于平衡状态，则该方向上合力为零，因此可以在该方向上应用平衡条件列方程求解。3.求解共点力作用下物体平衡的方法（1）解三角形法：这种方法主要用来解决三力平衡问题，是根据平衡条件并结合力的合成或分解的方法，把三个平衡力转化为三角形的三条边，然后通过解这个三角形求解平衡问题，解三角形多数情况是解直角三角形，如果力的三角形并不是直角三角形，能转化为

3、直角三角形的尽量转化为直角三角形，如利用菱形的对角线相互垂直的特点就得到了直角三角形，确实不能转化为直角三角形时，可利用力的三角形与空间几何三角形的相似等规律求解。（2）正交分解法：正交分解法在处理四力或四力以上的平衡问题时非常方便，将物体所受各个力均在两互相垂直的方向上分解，然后分别在这两个方向上列方程。此时平衡条件可表示为说明：应用正交分解法解题的优点：①将矢量运算转变为代数运算，使难度降低；②将求合力的复杂的解三角形问题，转化为正交分解后的直角三角形问题，使运算简便易行；③当所求问题有两个未知条件时，这种表达形式可列出两个方程，通过

4、对方程组求解，使得求解更方便。4.解共点力平衡问题的一般步骤（1）选取研究对象。（2）对所选取的研究对象进行受力分析，并画出受力图。（3）对研究对象所受的力进行处理。一般情况下需要建立合适的直角坐标系，对各力按坐标轴进行正交分解。（4）建立平衡方程。若各力作用在同一直线上，可直接用的代数式列出方程；若几个力不在同一直线上，可用与联立列出方程组。（5）对方程求解，必要时需对解进行讨论。注意：建立直角坐标系时，一般尽量使更多的力落在坐标轴上，以减少分解力的个数，从而达到简化计算的目的。5.整体法与隔离法整体法的含义：所谓整体法就是对物理问题的

5、整个系统或整个过程进行分析、研究的方法。整体法的思维特点：整体法是从局部到全局的思维过程；是系统论中的整体原理在物理学中的运用。整体法的优点：通过整体法分析物理问题，可以弄清系统的整体受力情况和全过程的受力情况，从整体上揭示事物的本质和变化规律，从而避开了中间环节的繁琐推算，能够灵活地解决问题。隔离法的含义：为了弄清系统（连结体）内某个物体的受力和运动情况用隔离法。隔离法的基本步骤：（1）明确研究对象或过程、状态；（2）将某个研究对象或某段运动过程、某个状态从全过程中分离出来；（3）画出某状态下的受力图或运动过程示意图；（4）选用适当的物

6、理规律列方程求解。说明：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（或一个物体的各部分）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，整体法和隔离法交替应用。6.动态平衡问题的分析方法在有关物体平衡的问题中，存在着大量的动态平衡问题，所谓动态平衡问题，就是通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢变化的平衡问题。即任一时刻物体均处于平衡状态。（1）解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变参量与自变参量的一般函数式，然后根据自变参量的变化确定应变参量的变化。（2）图解法：对研究对象进行受

7、力分析，再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下的力的矢量图（画在同一图中），然后根据有向线段（表示力）的长度变化判断各个力的变化情况。【典型例题】题型1平衡问题的基本解法（正交分解法）例1、如图（1）所示，重40N的物体与竖直墙间的动摩擦因数为0.2。若受到与水平线成45°角的斜向上的推力F作用而沿竖直墙匀速上滑，则F多大？解析：取物体为研究对象，其受力情况如图（2）所示，取沿墙面方向为y轴，垂直于墙面为x轴，由平衡条件可知，①，②另外考虑到滑动摩擦力与弹力之间有③由①②③式可解得，即当推力F大小为71N时，物体沿墙面匀速上滑。点

8、评：用正交分解法求解时，坐标轴的建立应尽量减少力的分解。题型2感受整体与隔离法的精妙例2.有一直角支架AOB，杆AO水平放置，表面粗糙，杆BO竖直向下，表面光滑，AO上套有小环P，BO上套有小