高中物理:《平衡条件的应用》素材(鲁科版必修1)

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1、第4节平衡条件的应用学案突破思路本节教学中应注意的问题:(1)物体处于平衡状态,或者静止或者是匀速直线运动,反过来物体处于静止或匀速直线运动,物体就是处于平衡状态,平衡状态满足的条件是合外力为零.即无论哪个方向上的合力都是零.(2)有关研究对象的选取:若问题中只有一个物体,一个过程,研究对象没有选择余地,也就是研究这个物体和这个过程.若问题中是一个连接体,又有多个过程,首先研究谁,再研究谁;是研究一个物体为好还是研究多个物体为好,这在审题中需要认真思考.总的原则:首先被研究的应该是受力最简、已知量足够多的,这样通过研究后又可将研究结果作为一个已知条件,为下一次研究创造

2、条件.(3)正交分解求解平衡体,建立坐标轴的原则让尽可能多的力在坐标轴上;被分解的力尽可能是已知力,不宜分解待求力.因一个待求力分解变成两个待求力,给求解带来很多不便.(4)平衡分为静态平衡和动态平衡.静态平衡是指物体处于静止状态,动态平衡指物体匀速运动,也可指在某方向上处于平衡状态. 规律总结规律:共点力平衡条件.知识:共点力作用下平衡的应用.方法:用平衡条件解题的常用方法:(1)力的三角形法.物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时,这三个力的矢量箭头首尾相接,构成一个矢量三角形,反之,若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形,则这三个力的合力必为零.(2)力的合

3、成法.物体受三个力作用而平衡时,其中任意两个力的合成必跟第三个力等大反向,可利用平行四边形定则来求解.(3)正交分解法.建立合适的坐标轴,使更多的力在坐标轴上,将不在坐标轴上的力分解,根据物体处于平衡,列出x、y轴上的平衡方程来求解. 合作讨论将两脚左右分开,使两足间的距离约为30cm左右.你能从双脚站立不变姿势地改为单足站立吗?试一试,并说明可能或不可能的原因.仔细体验一下,你是如何从双足站立而变为单足站立的?我的思路:若保持双脚站立的姿势不变改为单足站立,是不可能的.因为两脚左右分开,使两足间的距离约为30cm左右,人体的重心和人体在同一个竖直面上,重心的作用线大

4、致落在两足中间.假设单足站立能够平衡,重心的作用线就转移到一只脚上,在保持姿势不变的情况下,是无法做到的.从双足站立而变为单足站立的,身体应逐渐倾斜,将重心转移到一只脚上. 思维过程平衡问题的整体法和隔离法(1)“整体法”:把整个系统作为一个研究对象来分析(即当作一个质点来考虑).(2)“隔离法”:把系统中各个部分(或某一部分)隔离作为一个单独的研究对象来分析.用平衡条件解题的常用方法:(1)力的三角形法.物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时,这三个力的矢量箭头首尾相接,构成一个矢量三角形,反之,若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形,则这三个力的合力必为零.(

5、2)力的合成法.物体受三个力作用而平衡时,其中任意两个力的合成必跟第三个力等大反向,可利用平行四边形定则来求解.(3)正交分解法.建立合适的坐标轴,使更多的力在坐标轴上,将不在坐标轴上的力分解,根据物体处于平衡,列出x、y轴上的平衡方程来求解.【例1】如图5—21甲所示,质量为m的物体,用水平细绳AB拉住,静止在倾角为θ的固定斜面上,求斜面对物体支持力的大小.图5—21思路:本题主要考查,物体受力分析与平衡条件.物体在斜面上受力如图5—21乙,以作用点为原点建立直角坐标系,据平衡条件∑F=0,即∑Fx=0,∑Fy=0.找准边角关系,列方程求解.答案:以物体m为研究对象

6、建立如图乙所示坐标系,由平衡条件得:Tcosθ-mgsinθ=0①N—Tsinθ-mgcosθ=0②联立式①②解得N=mg/cosθ.【例2】如图5—22中(1)所示,挡板AB和竖直墙之间夹有小球,球的质量为m,问当挡板与竖直墙壁之间夹角θ缓慢增加时,AB板及墙对球压力如何变化?图5—22思路:本题考查当θ角连续变化时,小球平衡问题.此题可以用正交分解法.选定某特定状态,然后,通过θ角的变化情况,分析压力变化.答案:由图(2)知,G,N2(挡板对球作用力),N1墙壁对球作用力,构成一个封闭三角形,且θ↑,封闭三角形在变化,当增加到θ′时,由三角形边角关系知N1减小,N

7、2减小.新题解答【例1】如图5—23中所示,用一个三角支架悬挂重物,已知AB杆所受的最大压力为2000N,AC绳所受最大拉力为1000N,∠α=30°,为不使支架断裂,求悬挂物的重力应满足的条件.图5—23解析:由图5—23中(2)可知:F1=F/tanα=F/tan30°,F2=F/sinα=F/sin30°,所以F1/F2=sin30/tan30°=.因为AB、AC能承受的最大作用力之比为F1m/F2m=2000/1000=2>.当悬挂物重力增加时,对AC绳的拉力将先达到最大值,所以为不使三角架断裂,计算中应以AC绳中拉力达最大值为依据,即取F2

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