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[所有分类]共点力的平衡
* * 共点力的平衡 复习目标 1.知道在共点力作用下物体平衡的概念. 2.理解物体在共点力作用下的平衡条件. 3.能灵活的运用图解法、力的合成与分解法、正交分解法等多种方法解答平衡问题. 4.进一步熟悉受力分析的方法,培养学生处理力学问题的基本技能. 复习重点和难点 重点:物体在共点力作用下的平衡概念和平衡的条件的理解和应用. 难点:共点力的平衡条件的应用. 一、共点力的平衡 问题1 什么是共点力?举例说明. 几个力作用在物体上同一点或力的作用线相 交于同一点,这几个力叫共点力. 1.共点力 2.平衡状态 例题1 在下列运动状态下,物体处于平衡状态的有 ( ) A.蹦床运动员上升到最高点时 B.摆到最低点时 C.相对静止于水平匀速运动的传送带上的货物 D.宇航员费俊龙、聂海胜乘坐“神舟”六号进入轨道做圆周运动时 【思路点拨】一个物体处于平衡状态的特点是加速度a=0,则有两种情况:一种是保持静止,另一种是做匀速直线运动.“保持”静止与“瞬时” 静止是有区别的.蹦床运动员上升到最高点时,虽然速度为零,但加速度不为零,不属于平衡状态.秋千摆到最低点时,是振动的平衡位置,秋千同时做圆周运动,加速度不为零,也不属于平衡状态.同理D选项也不正确.相对静止于水平匀速运动的传送带上的货物,加速度为零,速度保持不变,可知C选项正确. C 问题2 共点力作用下的平衡状态是什么? (1)静止:物体的速度和加速度等于零的状态. (2)匀速直线运动:物体的加速度为零,速度不为零且保持不变的状态. 3.平衡条件 问题3 我们知道了共点力作用下的平衡状态,那么共点力的平衡条件又是什么呢? (1)物体所受合外力为零:F合=0. (2)若采用正交分解法,则平衡条件表示为Fx=0,Fy=0. 问题4受到两个或多个共点力作用而处于平衡的物体,其受力各有什么特点? 二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小相等,方向相反. 多力平衡:如果物体受多个力作用处于平衡,其中任何一个力与其余力的合力大小相等,方向相反. 平衡力不一定是性质相同的力,也不是同时产生,同时消失,这点与牛顿第三定律有区别。 三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反.这三个力的作用线必定在同一平面内,而且必为共点力. 二、处理平衡问题的基本方法 问题5 处理平衡问题的基本方法有哪些? (1)力的平行四边形法则 (2)力的三角形法则 (3)正交分解法 (4)整体法与隔离法 (1)力的平行四边形法则 物体受三个力作用而平衡时,其中任意两个力的合力必定跟第三个力等大反向.可利用力的平行四边形定则,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解. (2)力的三角形法则 物体受同一平面内三个互不平行的力作用处于平衡时,可以将这三个力的矢量首尾相接,构成一个矢量三角形;即三个力矢量首尾相接,恰好构成三角形,则这三个力的合力必为零. 例题2 一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,求细绳的拉力和环对小球的弹力. 【思路点拨】此题是静态平衡,可构成一个矢量三角形,小球受力分析→矢量平移→力三角形和几何三角形相似→列方程求解. 解答:分析小球受力,如图所示,将重力mg与环的弹力FN合成,其合力为F合,则F合大小等于FAB,方向与FAB相反.将mg、F、F合建立一矢量三角形,此三角形与几何三角形ABO相似. 则: 所以: 所以: 矢量平移 FN F合 mg FN mg 【点评】解三角形的典型思路有三种:①分割成直角三角形(或本来就是直角三角形);②利用正、余弦定理;③利用力学矢量三角形和几何三角形相似.本题利用了第三种思路来求解. (3)正交分解法 将各力分解到x轴上和y轴上,运用两坐标轴上的合力等于零的条件∑Fx=0,∑Fy=0。此方法多用于三个以上共点力作用下的物体的平衡。 例题3 有一只小虫重为G,不慎跌入一个碗中,如图所示,碗内壁为一半径为R的球壳的一部分,且其深度为D,碗与小虫脚间的动摩擦因数为μ,若小虫可顺利爬出碗口而不会滑入碗底,则D的最大值为多少?(用G、R表示D) 【思路点拨】小虫可顺利爬出碗口的最高点时即D为最大,那么小虫在碗口的最高点就是物体的平衡状态,然后对小虫进行受力分析,建立坐标系求解. 解答:如图所示,设过碗的边缘的半径与竖直方向的夹角为φ,小虫爬到碗的边缘时所受到的支持力为FN,摩擦力为Ff,沿半径和切线建立直角坐标系Fx和Fy,由平衡条件有: Fx=Gsinφ﹣Ff=0,Fy=Gcosφ﹣FN=0. 又Ff = μFN,所以有ta
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