2019_2020学年高中物理第三章研究物体间的相互作用第五节共点力的平衡条件学案粤教版必修1

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1、第五节　共点力的平衡条件[学习目标]1.理解共点力作用下物体的平衡状态.2.知道共点力的平衡条件.3.掌握共点力作用下物体的平衡问题的处理方法．共点力的平衡条件1．平衡状态：物体处于静止或者保持匀速直线运动的状态．2．共点力的平衡：物体如果受到共点力的作用且处于平衡状态．3．平衡条件：(1)定义：为了使物体保持平衡状态，作用在物体上的力所必须满足的条件．(2)共点力作用下的平衡条件是所受合外力为零．4．二力平衡的条件：两个共点力大小相等、方向相反．判断下列说法的正误．(1)当物体的速度为零时，物体一定处于平衡状态．(

2、　×　)(2)沿光滑斜面下滑的物体处于平衡状态．(　×　)(3)物体所受合外力为零时，就一定处于平衡状态．(　√　)一、共点力的平衡条件(1)物体在两个共点力作用下处于平衡状态，这两个力有什么关系？(2)物体在三个共点力作用下处于平衡状态，这三个力有什么关系？答案　(1)两个共点力等大反向．(2)三个共点力作用下处于平衡状态，其中两个力的合力与第三个力等大反向．1．平衡状态(1)物体处于静止或者保持匀速直线运动的状态．(2)对静止的理解：“静止”要满足两个条件：v＝0，a＝0，缺一不可．“保持”某状态与某“瞬时”状态

3、有区别．例如，竖直上抛的物体运动到最高点时，这一瞬时速度为零，但这一状态不可能保持，因而上抛物体在最高点不能称为静止，即速度为零不等同于静止．2．共点力作用下的平衡条件(1)共点力平衡的条件是合力为0.(2)表示为：F合＝0或(Fx合和Fy合分别是将力正交分解后，物体在x轴和y轴上所受的合力)．(3)推论：①二力平衡：若物体在两个力作用下处于平衡状态，则这两个力一定等大、反向．②三力平衡：若物体在三个共点力作用下处于平衡状态，则任意两个力的合力与第三个力等大、反向．③多力平衡：若物体在n个共点力作用下处于平衡状态，则

4、其中任意(n－1)个力的合力必定与第n个力等大、反向．④如果物体所受合力为零，那么物体在任一方向上所受的合力都为零．例1　物体在五个共点力的作用下保持平衡，如图1所示，其中F1大小为10N，方向水平向右，求：图1(1)若撤去力F1，而保持其余四个力不变，其余四个力的合力的大小和方向；(2)若将F1转过90°，而保持其余四个力不变，物体所受的合力大小．答案　(1)10N　水平向左　(2)10N解析　(1)五个共点力平衡时合力为零，则其余四个力的合力与F1等大、反向．故撤去F1，合力大小为10N，方向水平向左．(2)若将

5、F1转过90°，则F1与其余四个力的合力等大且垂直，F合＝＝N＝10N.二、共点力平衡条件的应用求解共点力平衡问题的一般步骤：(1)根据问题的要求，恰当地选取研究对象．(2)对研究对象进行受力分析，画出受力分析图．(3)通过平衡条件，找出各个力之间的关系，或由平衡条件列方程，即Fx合＝0，Fy合＝0.(4)联立方程求解，必要时对解进行讨论．例2　(多选)(2019·玉门一中高一上学期期中)如图2所示，是一种测定风作用力的仪器的原理图，它能自动随着风的转向而转向，使风总从图示方向吹向小球P.P是质量为m的金属球，固定在

6、一细长刚性金属丝下端，能绕悬挂点O在竖直平面内转动，无风时金属丝自然下垂，有风时金属丝将偏离竖直方向一定角度θ，角θ大小与风力大小有关，下列关于风力F、金属丝拉力FT与角度θ的关系式正确的是(　　)图2A．F＝mgsinθB．F＝mgtanθC．FT＝mgcosθD．FT＝答案　BD解析　选取金属球为研究对象，它受到三个力的作用，如图甲所示．金属球处于平衡状态，这三个力的合力为零．可用以下两种方法求解．解法一　力的合成法将风力F和拉力FT合成如图乙所示，由平衡条件知合力与重力等大反向，由平行四边形定则可得F＝mgta

7、nθ，FT＝.解法二　正交分解法以金属球为坐标原点，取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立直角坐标系，如图丙所示．由于金属球处于平衡状态，故水平方向的合力Fx合和竖直方向的合力Fy合分别等于零，即Fx合＝FTsinθ－F＝0Fy合＝FTcosθ－mg＝0解得F＝mgtanθ，FT＝.物体在三个力或多个力作用下的平衡问题的解法1．力的合成法——一般用于受力个数为三个时(1)确定要合成的两个力；(2)根据平行四边形定则作出这两个力的合力；(3)根据平衡条件确定两个力的合力与第三个力的关系(等大反向)；(4)根据三角函数或

8、勾股定理解三角形．2．正交分解法——一般用于受力个数为三个或三个以上时(1)建立直角坐标系；(2)正交分解各力；(3)沿坐标轴方向根据平衡条件列式求解．针对训练1　如图3所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心．一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点．设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ，下列关系正确的是(　　)图3A