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第三章相互作用与力的平衡
第3.4节共点力平衡(1)
①知道物体处于静止或匀速直线运动状态都是平衡状态;
②理解物体处于平衡状态的条件;
课程标准
③能利用共点力平衡的条件进行简单的分析或计算;
④能在具体的情景中选择合适的研究对象进行受力分析,并解决具体的实际问题。
物理观念:能够解释平衡状态的含义,并能够判断一个物体所处的状态是否平衡;
科学思维:能够通过实验和练习归纳出应用力的平衡条件解决实际问题的基本步骤和基本
物理素养方法;
科学探究:能够从物理现象和实验中归纳简单的科学规律;
科学态度与责任:意识到物理规律在现实生活中的重要作用,增强对物理学习的兴趣。
一、共点力平衡条件
1.共点力
(1)物体同时受几个力的作用,如果这几个力都作用于物体的同一点或者它们的作用线交于同一点,这几
个力叫共点力,下图是几种常见的共点力。
(2)能简化成质点的物体受到的力可视为共点力。
2.共点力平衡
(1)共点力平衡:如果物体受到共点力的作用下,保持静止或匀速运动状态,叫做共点力平衡。
(2)共点力平衡的运动学特征:加速度a=0
(3)瞬时速度为0时,不一定处于平衡状态。
如:竖直上抛最高点。只有能保持静止状态而加速度也为零才能认为平衡状态。
(4)物理学中的“缓慢移动”,无论直线或曲线,都可理解为动态平衡。
3.共点力平衡条件
(1)共点力平衡条件,即动力学特征:物体受到的合外力为零。即F合=0;
其正交分解式为F合x=0;F合y=0。
(2)二力平衡:这两个力大小相等,方向相反,作用在同一直线上,并作用于同一物体。
(3)三力平衡:三个力平移后构成一个首尾相接、封闭的矢量三角形;
任意两个力的合力与第三个力等大、反向(即是相互平衡)。
(4)物体受到N个共点力作用而处于平衡状态时,取出其中的任意一个力,则这个力必与剩下的(N﹣1)
个力的合力等大反向。
(5)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。
二、共点力平衡的解题方法(受力分析)
求解平衡问题的一般步骤:
(1)选取研究对象:整体法和隔离法
(2)画受力图,即受力分析:一般按照“重力弹力摩擦力”的顺序找力。
(3)建坐标系:沿水平和竖直方向,或沿平行于斜面和垂直于斜面方向。
(4)列方程: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
(5)联立方程求解,必要时对解进行讨论,复杂的问题可能用到三角函数等数学知识。
三、主要解题方法
1.矢量三角形法
一般三力平衡时,画出受力图通过平移,得到首尾相连的矢量三角形,再利用三角函数分析求解。
例1.如图所示,长度为L的轻绳上端固定在O点,下端系一质量为m的小球(小球的大小可以忽略).已
知重力加速度为g.在水平拉力F的作用下,轻绳与竖直方向的夹角为α,小球处于平衡状态.求力F的大
小。
【答案】F=mgtanα
【解析】对小球受力分析,受重力、水平拉力和细线的拉力,根据平衡条件,三个力可以构成首尾相连的
矢量三角形,如图所示,故F=mgtanα
例2.超市货架陈列着四个完全相同的篮球,不计摩擦,挡板均竖直,4个球中对圆弧面压力最小的是()
A.球①B.球②C.球③D.球④
【答案】D
【解析】对球受力分析,如图所示:
设圆弧面切线与水平方向的夹角为α,根据平衡条件,有:N=mg
cosa
故α越小,N越小,故支持力最小的是④球,根据牛顿第三定律,压力最小的也是④球,故D正确。
2.旋转三角形法
此类问题通常物体受到三个力,一个力(重力)不变,另外一个力方向一定,大小不确定,通过矢量三
角形的旋转,分析出各力的大小变化趋势。
例3.一个光滑小球放在挡板与斜面之间,当挡板由竖直方向缓慢逆时针转到水平位置过程中,下列说法正
确的是(
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