2022年高中物理《共點力平衡條件的應(yīng)用》教案1 教科版必修1

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1、2022年高中物理《共點力平衡條件的應(yīng)用》教案1 教科版必修1 一、 教學(xué)目標(biāo) 1.進(jìn)一步理解共點力作用下物體的平衡條件,并能分析和計算共點力作用下物體的平衡問題。 2.力求掌握解決共點力平衡問題的基本思路和方法,會正確選擇研究對象,進(jìn)行受力分析,畫出物體的受力圖。 二、教學(xué)重點 共點力作用下物體平衡的特點及一般解法。 三、教學(xué)難點 三力作用下的動態(tài)平衡問題。 教學(xué)過程 共點力作用下物體所受的合力為零是物體平衡的條件。物體的平衡條件具有廣泛的實際應(yīng)用,因此對解決平衡問題一般方法的掌握具有十分重要的作用。 (一) 應(yīng)用共點力平衡條件解題的一般方法和步驟 1. 確

2、定研究對象 合理選擇研究對象是解決平衡問題的關(guān)鍵,它關(guān)系到能否作出解答或能否順利地解 答。研究對象的選取可以是一個物體,一個結(jié)點,或一個系統(tǒng)(相互作用物體的全體)。通常在分析外力對系統(tǒng)的作用時,用整體法,在分析系統(tǒng)內(nèi)部物體之間相互作用力時,用隔離法。 2. 對研究對象正確受力分析,并作出受力圖 正確進(jìn)行受力分析是正確分析物理過程或物理狀態(tài)的前提,是解決力學(xué)問題的基本能力要求,受力分析通常按以下步驟進(jìn)行,首先確定研究對象(受力分析物體),然后按重力、彈力、摩擦力及其他力的順序來分析。 3. 判定研究對象是否處于平衡狀態(tài) 共點力作用下的物體如果處于平衡狀態(tài),則物體保持著靜止?fàn)?/p>

3、態(tài)或勻速直線運動的狀態(tài) 4. 運用平衡條件,選擇合適的方法列出平衡方程解題。 若物體受力較多時,一般可選用力的正交分解法,即建立直角坐標(biāo)系。將各力分解到兩互相垂直的坐標(biāo)軸上,然后根據(jù)Fx=0,F(xiàn)y=0列等式解題。 對有些問題,我們也可采用根據(jù)力的作用效果分解后根據(jù)平衡條件解題,對三力平衡的問題,常用三力組成封閉三角形的特征,利用三角形方面的數(shù)學(xué)知識來求解。 5. 視問題的要求,對結(jié)果做出說明或討論。 (二) 跟摩擦力有關(guān)的平衡問題 這類問題是指平衡的物體受到了包括摩擦力在內(nèi)共點力的作用。在共點力平衡中,當(dāng)物體雖然靜止但有運動趨勢時,

4、屬于靜摩擦力;當(dāng)物體滑動時,屬于滑動摩擦力,由于摩擦力的方向要隨運動或運動趨勢的方向發(fā)改變而改變,靜摩擦力大小還可在一定范圍內(nèi)變動,因此包括摩擦力在內(nèi)的平衡問題常常需要多討論幾種情況,要復(fù)雜一些,因此做這類題目時要注意兩點: 1. 由于靜摩擦力的大小和方向都要隨運動趨勢的改變而改變,因此維持物體靜止?fàn)? 態(tài)所需的外力允許有一定范圍;又由于存在著最大靜摩擦力,所以使物體起動所需的力大于應(yīng)大于某一最小的力??傊?,包含摩擦力在內(nèi)的平衡問題,物體維持靜止或起動需要的動力的大小是允許在一定范圍內(nèi)的,只有當(dāng)維持勻速起動時,外力才需確定的數(shù)值。 2. 由于滑動摩擦力F=μFN,要特別注意題目中正壓力FN

5、的大小的分析和計算,防 止出現(xiàn)錯誤。 B A C 圖4-2-1 【例1】A、B、C三個物體質(zhì)量分別為M、m、m0,作如圖4-2-1所示的連結(jié),繩子不可伸長,且繩子質(zhì)量、滑輪的摩擦均不計,若B隨A一起沿水平桌面做勻速運動,則可以斷定( ) A. 物體A與桌面間有摩擦力,大小為m0g B. 物體A與B間有摩擦力,大小為m0g C. 桌面對A、B對A都有摩擦力,兩者方向相同 D. 桌面對A、B對A都有摩擦力,兩者方向相反,合力大小為m0g 【解析】A、B一起做勻在速運動,它們所受的合外力必為零。為了分析A、B之間的作用力,必須把A、B隔離開來,可先分析受力情況比較簡單

6、的物體B。B在水平方向只可能受A對它的摩擦力作用,除此之外,沒有其它物體對B施加水平方向的作用力,而由B做勻速直線運動可知,B在水平方向上受合力必為零,所以B不可能受到A施加的摩擦力作用。對于A物體在水平方向與繩子相連,而繩子系著C物體勻速運動所以繩子的拉力等于C的重力大小,故繩子對A物體施加一水平向右的拉力作用,大小為m0g,要使A物體平衡,桌面需要對A施加一水平向左的摩擦力作用。本題的正確選項應(yīng)為A。 (三) 三個共點力作用物體平衡的特點及解法 如圖4-2-2所示,物體在共點力F1、F2、F3作用下處于平衡狀態(tài),則此時F2和F3的合力與F1大小相等,方向相反,且在同一條直線上。將力F1

7、、F3平移可得圖4-2-3所示圖形,可以看出,這三個力首尾相接,組成一個封閉的三角形。利用這個規(guī)律解題時,??梢蕴岣咂鎺缀蔚闹R去解答一些物體的平衡問題,顯然較為簡便。 F3 F1 F2 F3′ F1 F2 F3 圖4-2-2 圖4-2-3 在同一 平面內(nèi)的三個非平行力,當(dāng)三力平衡時,三力作用線必交于一點,達(dá)到共點平衡,因為取二相交的合力,必須與第三個力等值反向且在一條直線上,物體才沒有平移及轉(zhuǎn)動。 A B C P 30° 圖4-2-4 【例2】如圖4-2-4所示,左一細(xì)繩C點系住一重物P,細(xì)繩兩端A、B分別固定在墻上,使AC保持水平,BC與水平方向成3

8、0°角。已知細(xì)繩最大只能承受200N的拉力,那么C點懸掛物體的重量最多為________N。這時細(xì)繩的________段即將拉斷。 F1 F2 F合 F 圖4-2-5 【解析】首先進(jìn)行受力分析:以結(jié)點C為研究對象,它受重物P豎直向下的拉力F=G,設(shè)繩BC作用C點的拉力為F1,繩AC作用C點的拉力為F2,這是一道典型的共點力平衡問題,解題方法很多,在這里給讀者介紹幾種常用的方法,希望讀者細(xì)心體會它們的物理本本質(zhì)及解題技巧, 解法一:力的合成法 根據(jù)一個物體受三個力的作用處于平衡狀態(tài),則三個力的任意兩個力的合力大小等于第三個力的大小,方向與第三個方向相反。如圖4-2-5所示,在圖

9、中可得出F1和F2的合力豎直向上,大小等于F,由三角函數(shù)關(guān)系可得出 F合=F1sin30° F2=F1cos30° F合=F=G 設(shè)達(dá)到最大值200N時,可得 G=100N,F(xiàn)2=173N 由此可看出BC的張力達(dá)到最大時。AC繩的張力還沒有達(dá)到最大值。在該條件下,BC段繩子即將斷裂。 設(shè)F2達(dá)到最大值200N時,可得G=115.6N,F(xiàn)1=231.2N>200N y x F2 F1 F1sinθ F1sinθ O F 圖4-2-6 由此可看出AC的張力達(dá)到最大時,BC繩的張力已經(jīng)超過其最大承受能力。在該條件下BC繩子早已斷裂。 從以上分析可知,C點懸掛物體的

10、重量最多為100N,這時細(xì)繩BC段即將斷裂。 解法二:正交分解法 如圖4-2-6所示,將F1拉力按水平x軸和豎直方向y軸兩個方向進(jìn)行正交分解,由力的平衡條件可得 F1sin30°=F=G F2=F1cos30° 以下分析過程同解法一,此處從略 解法三:矢量三角形 F1 F2 F 30° 圖4-2-7 根據(jù)力合成的三角形方法,可得F1和F2的合力F與F合大小相等,方向相反。由此得出物體在三個共點力作用下的普遍適用法則:若三個力的合力為零,則將三個力首尾依次連接可做出一個封閉三角形。 如圖4-2-7所示,可求出F=sin30°,F(xiàn)2=F1cos30° 以下分析過程同解法一,此處略去。 解法四:正弦定理(拉密定理) 解法略 【總結(jié)】共點力作用下物體平衡的解法有多種,但每種解法都以F合=0為根據(jù),一般以將力正交分解后,按Fx=0,F(xiàn)y=0求解較為簡單。 【作業(yè)】略

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