2017-2018学年高中物理 习题课 共点力平衡条件的综合应用课件 沪科版必修1.pptVIP

-*- 习题课:共点力平衡条件的综合应用 1.共点力作用的平衡状态:物体在共点力作用下,保持静止或匀速直线运动状态。 2.共点力作用下的平衡条件是合力为零,即F合=0,用正交分解法表示的平衡条件: 3.共点力平衡条件的四个常用推论 (1)二力平衡时,二力等大、反向。 (2)三力平衡时,任意两力的合力与第三个力等大、反向。 (3)多力平衡时,任一个力与其他所有力的合力等大、反向。 (4)物体处于平衡状态时,沿任意方向上分力之和均为零。 一 二 三 一、矢量三角形法(合成法)求解共点力平衡问题 物体受多力作用处于平衡状态时,可用正交分解法求解,但当物体受三个力作用而平衡时,可用矢量三角形法,即其中任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反,且这三个力首尾相接构成封闭三角形,通过解三角形求解相应力的大小和方向,当这三个力组成含有特殊角(60°、53°、45°)的直角三角形时尤为简单。 一 二 三 一、矢量三角形法(合成法)求解共点力平衡问题 物体受多力作用处于平衡状态时,可用正交分解法求解,但当物体受三个力作用而平衡时,可用矢量三角形法,即其中任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反,且这三个力首尾相接构成封闭三角形,通过解三角形求解相应力的大小和方向,当这三个力组成含有特殊角(60°、53°、45°)的直角三角形时尤为简单。 一 二 三 【例1】 在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小,其原理如图所示。仪器中一根轻质金属丝,悬挂着一个金属球。无风时,金属丝竖直下垂;当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏离竖直方向一个角度。风力越大,偏角越大,通过传感器,就可以根据偏角的大小指示出风力的大小,那么风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间有什么样的关系呢?(试用矢量三角形法和正交分解法两种方法求解) 一 二 三 解析:取金属球为研究对象,有风时,它受到三个力的作用:重力mg、水平方向的风力F和金属丝的拉力T,如图甲所示。这三个力是共点力,在这三个共点力的作用下金属球处于平衡状态,则这三个力的合力为零,可以根据任意两力的合力与第三个力等大、反向求解,也可以用正交分解法求解。 一 二 三 解法一　矢量三角形法 如图乙所示,风力F和拉力T的合力与重力等大反向,由矢量三角形可得:F=mgtan θ。 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。有水平方向的合力 和竖直方向的合力 分别等于零,即 解得F=mgtan θ。由所得结果可见,当金属球的质量m一定时,风力F只跟偏角θ有关。因此,根据偏角θ的大小就可以指示出风力的大小。 答案:F=mgtan θ 一 二 三 变式训练1如图所示,一质量为1 kg、横截面为直角三角形的物块ABC,∠ABC=30°,物块BC边紧靠光滑竖直墙面,用一推力垂直作用在AB边上使物块处于静止状态,则推力F及物块受墙的弹力为多少?(g取10 m/s2) 一 二 三 一 二 三 二、动态平衡问题 所谓动态平衡问题是指通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态,这类问题的解决方法一般用图解法和解析法。 1.图解法 在对物体进行受力分析(一般受3个力)的基础上,若满足“有一个力大小、方向均不变,另有一个力方向不变”时,可画出这3个力的封闭矢量三角形或平行四边形来分析力的变化情况。 2.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,求出因变量与自变量的一般函数式,然后根据自变量的变化确定因变量的变化。 一 二 三 【例2】 (多选)如图所示,小球放在光滑的墙与装有铰链的光滑薄板之间,当墙与薄板之间的夹角θ缓慢地增大到90°的过程中(　　) A.小球对薄板的压力增大 B.小球对墙的压力减小 C.小球对墙的压力先减小后增大 D.小球对薄板的压力不可能小于球的重力 解析:根据小球重力的作用效果,可以将重力G分解为使球压板的力F1和使球压墙的力F2,作出平行四边形如图所示,当θ增大时,F1、F2均变小,而且在θ=90°时,F1有最小值,等于G,所以B、D项均正确。 答案:BD 一 二 三 变式训练2 (多选)如图所示,用OA、OB两根轻绳将花盆悬于两竖直墙之间。开始时OB绳水平,现保持O点位置不变,改变OB绳长使绳右端由B点缓慢上移至B点,此时OB与OA之间的夹角θ90°。设此过程OA、OB绳的拉力分别为FOA、FOB,则下列说法正确的是(　　) A.FOA一直减小　 B.FOA先减小后增大 C.FOB一直增大 D.FOB先减小后增大 一 二 三 解析:以结点O为研究对象,分析受力,受重力G、绳OA的拉力FOA和绳BO的拉力FOB。根据平衡条件知,两根绳子的拉力的合力与重力