人教版高中物理必修第一册 5　共点力的平衡教学设计.docVIP

5共点力的平衡

第1课时共点力平衡的条件三力平衡问题

[学习目标]1.知道什么是共点力，知道什么是平衡状态，掌握共点力平衡的条件.2.会利用合成法或分解法分析三力平衡问题．

一、共点力

几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点，这几个力叫作共点力．

二、共点力平衡的条件

1．平衡状态：

物体受到几个力作用时，保持静止或匀速直线运动的状态．

2．在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0.

即F合＝0或eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Fx合＝0,Fy合＝0))，其中Fx合和Fy合分别是将力进行正交分解后，在x轴和y轴上所受的合力．

1．判断下列说法的正误．

(1)只有静止的物体才受力平衡．(×)

(2)物体处于平衡状态，一定是受到共点力的作用．(×)

(3)某时刻物体的速度为零，物体一定处于平衡状态．(×)

(4)物体处于平衡状态时加速度一定为零．(√)

(5)如果一个物体受到三个力作用而保持静止状态，则其中任意两力的合力与第三力等大、反向．(√)

2．如图1所示，静止于倾角为30°的斜面上的物体，重力为10N，则它受到的支持力为____________N，摩擦力为________N.

图1

答案5eq\r(3)5

一、共点力平衡的条件

1．平衡状态

(1)物体处于静止或匀速直线运动的状态．

(2)对“平衡状态”的理解

不管是静止还是匀速直线运动，速度保持不变，所以Δv＝0，a＝eq\f(Δv,Δt)，对应加速度为零，速度为零不代表a＝0.

[深度思考]物体做竖直上抛运动，当运动到最高点时速度为零，此时物体是否处于平衡状态？

答案物体在最高点时速度为零，但加速度不为零，不是平衡状态．

2．共点力平衡的条件

(1)共点力平衡的条件是合力为0.

(2)表示为：F合＝0；或将各力分解到x轴和y轴上，满足Fx合＝0，且Fy合＝0.

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、共线．

②三力平衡：若物体在三个共点力作用下处于平衡状态，则其中任意两个力的合力与第三个力等大、反向、共线．

③多力平衡：若物体在多个共点力作用下处于平衡状态，则其中任意一个力与其余所有力的合力等大、反向、共线．

(3)当物体受三个力平衡，将表示这三个力的有向线段依次首尾相连，则会构成一个矢量三角形，表示合力为0.

[深度思考]三个力大小分别为7N、8N和9N，这三个力合力的最大值是多少？合力的最小值是多少？

答案最大值是24N，最小值是0.

物体在五个共点力的作用下保持平衡，如图2所示，其中F1大小为10N，方向水平向右，求：

图2

(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°，物体所受的合力大小．

答案(1)10N方向水平向左(2)10eq\r(2)N

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，故其余四个力的合力大小为10N，方向水平向左．

(2)若将F1转过90°得到F1′，则F1′与其余四个力的合力F垂直，F合＝eq\r(F1′2＋F2)＝eq\r(102＋102)N＝10eq\r(2)N.

针对训练1(2021·常州市联盟高一期中)一物体静止于水平桌面上，两者之间的最大静摩擦力为5N，现将水平面内三个力同时作用于物体的同一点，三个力的大小分别为2N、2N、

3N．下列关于物体的受力情况和运动情况判断正确的是()

A．物体所受静摩擦力不可能为2N

B．物体所受静摩擦力不可能为4N

C．物体可能仍保持静止

D．物体一定被拉动

答案C

解析2N和2N的力的合力范围为0≤F合≤4N,3N在此范围内，故当两个2N的力的合力为3N，且与第三个力大小相等方向相反时，三个力的合力为0，故2N、2N、3N三个力的合力范围为0≤F合′≤7N．2N在三个力的合力范围内，故当三个力的合力为2N时，物体所受静摩擦力为2N，故A错误；4N在三个力的合力范围内，故当三个力的合力为4N时，物体所受静摩擦力为4N，故B错误；当三个力的合力小于或等于最大静摩擦力5N时，物体仍保持静止状态，故C正确，D错误．

二、三力平衡问题

1．合成法：物体受三个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反，据此画出这两个力合成的平行四边形，利用几何知识求解．

2．正交分解法：物体受到三个或三个以上力的作用而平衡，将物体所受的力分解到相互垂直的x、y轴上，则x轴与y轴上各分力的合力均为零．

用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中，如图3所示．已知ac和bc与竖直方向的夹角分别为30°和60°，重力加速度为g，则ac绳和bc绳中的拉力大小分别为()

图3

A.e