高一物理配套課件：第4章 第2節(jié)《共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用》（教科版必修1）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第四章物體的平衡 第二節(jié) 1 會(huì)用平衡條件解決實(shí)際問題 2 會(huì)用圖解法分析動(dòng)態(tài)平衡問題 一 移動(dòng)貨箱問題如圖所示 貨箱重力為G F為它受到的拉 推 力 FN為地面支持力 f為摩擦力 貨箱受到四個(gè)共點(diǎn)力的作用 若它與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 則在向前拉的情況下 向前拉的力是 地面的支持力是 摩擦力是 能拉動(dòng)貨箱的條件是 在向前推的情況下 向前推的力是 地面的支持力是 摩擦力是 能推動(dòng)貨箱的條件是 Fcos N N或f Fcos N Fcos N N或f Fcos N 二 繩子粗細(xì)的選擇如圖甲所示 用繩子把排球網(wǎng)架的直桿垂直于地面拉住 三段繩在同一平面內(nèi) OA OB兩繩的拉力大小相同 夾角為60 甲乙 1 對(duì)O點(diǎn)受力分析 建立如圖乙所示的坐標(biāo)系 2 正交分解FA FB 則y軸方向上的平衡方程為 FC 3 因FA FB 所以FA FB FC 4 若繩子承受的拉力跟繩的截面積成正比 則SC SA OC繩的直徑是OA OB 繩直徑的倍才合理 FAcos30 FBcos30 一 解答平衡問題的常用方法1 整體法與隔離法 所謂整體法就是對(duì)物理問題的整個(gè)系統(tǒng)或整個(gè)過程進(jìn)行分析 研究的方法 隔離法是從研究問題的方便性出發(fā) 將物體系統(tǒng)中的某一部分隔離出來單獨(dú)分析研究的方法 通過整體法分析物理問題 可以弄清系統(tǒng)的整體受力情況和全過程的受力情況 從整體上揭示事物的本質(zhì)和變化規(guī)律 從而避開了中間環(huán)節(jié)的繁瑣推算 能夠巧妙地解決問題 2 相似三角形法 利用表示力的矢量三角形與表示實(shí)物的幾何三角形相似的關(guān)系 建立方程求解 應(yīng)用這種方法 能夠巧妙地解決問題 3 三力匯交原理解題法 物體在作用線共面的三個(gè)非平行力的作用下處于平衡狀態(tài)時(shí) 這三條作用線或其延長(zhǎng)線必相交于一點(diǎn) 例如 有一半圓形光滑容器 圓心為O 有一均勻直桿AB如圖所示放置 若處于平衡狀態(tài) 則桿所受的重力G 容器對(duì)桿的彈力F和N是非平行力 由三力匯交原理可知 G F N必相交于一點(diǎn)C 二 解決共點(diǎn)力平衡問題的一般步驟1 選取研究對(duì)象根據(jù)題目要求 選取某物體 整體或局部 作為研究對(duì)象 在平衡問題中 研究對(duì)象常有三種情況 1 單個(gè)物體 將物體受到的各個(gè)力的作用點(diǎn)全都畫到物體的幾何中心上 2 多個(gè)物體 系統(tǒng) 在分析外力對(duì)系統(tǒng)的作用時(shí) 用整體法 在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用時(shí) 用隔離法 3 幾個(gè)物體的結(jié)點(diǎn) 幾根繩 繩和棒之間的結(jié)點(diǎn)常常是平衡問題的研究對(duì)象 2 分析研究對(duì)象的受力情況 并作出受力圖 3 對(duì)研究對(duì)象所受的力進(jìn)行處理 一般情況下利用正交分解法 4 利用平衡條件建立方程 5 解方程 必要時(shí)對(duì)解進(jìn)行討論 三 動(dòng)態(tài)平衡的分析方法1 把物體受到幾個(gè)變化的力作用 也可能只是某些力在變化 而處于平衡狀態(tài) 或物體在緩慢移動(dòng)過程中所處的每一個(gè)狀態(tài)都可視為受力平衡的問題 統(tǒng)稱為力學(xué)動(dòng)態(tài)平衡問題 2 分析動(dòng)態(tài)平衡的方法 1 代數(shù)法 引入一個(gè)自變量 通過建立平衡方程 建立變化的力與自變量的函數(shù)關(guān)系 由關(guān)系式分析力的變化情況 2 相似三角形法 利用力的矢量三角形與幾何三角形相似 可以得到力的大小之比等于三角形的邊長(zhǎng)之比 分析變化的力隨幾何邊長(zhǎng)變化的關(guān)系 3 矢量圖解法 由共點(diǎn)力平衡條件和平行四邊形定則 畫出反映力關(guān)系的矢量圖 從圖示中觀察 分析力的變化情況 用整體法和隔離法解決平衡問題 有一個(gè)直角支架AOB AO水平放置 表面粗糙 OB豎直向下 表面光滑 AO上套有小環(huán)P OB上套有小環(huán)Q 兩環(huán)質(zhì)量均為m 兩環(huán)間由一根質(zhì)量可忽略 不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩相連 并在某一位置平衡 如圖所示 現(xiàn)將P環(huán)向左移一小段距離 兩環(huán)再次達(dá)到平衡 那么將移動(dòng)后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)比較 AO桿對(duì)P環(huán)的支持力N和細(xì)繩上的拉力T的變化情況是 A N不變 T變大B N不變 T變小C N變大 T變大D N變大 T變小 答案 B 題后總結(jié) 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí) 組成系統(tǒng)的每一個(gè)物體都處于平衡狀態(tài) 一般地 當(dāng)求系統(tǒng)內(nèi)各部分間的相互作用時(shí)用隔離法 求系統(tǒng)受到的外力作用時(shí)用整體法 整體法的優(yōu)點(diǎn)是研究對(duì)象少 未知量少 方程數(shù)少 求解較簡(jiǎn)捷 在實(shí)際應(yīng)用中往往將二者結(jié)合應(yīng)用 針對(duì)訓(xùn)練 1 如圖所示 位于水平桌面上的物塊P 由跨過定滑輪的輕繩與物塊Q相連 從滑輪到P和到Q的兩段繩都是水平的 已知Q與P之間以及P與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)都是 兩物塊的質(zhì)量都是m 滑輪的質(zhì)量 滑輪軸上的摩擦都不計(jì) 若用一水平向右的力F拉P使它做勻速運(yùn)動(dòng) 則F的大小為 A 4 mgB 3 mgC 2 mgD mg解析 對(duì)整體F 2T FPT FQ mg FP 2mg則F 4 mg 答案 A 動(dòng)態(tài)平衡分析 如圖所示 把球夾在豎直墻面AC和木板BC之間 不計(jì)摩擦 球?qū)Φ膲毫镹1 球?qū)Π宓膲毫镹2 在將板BC逐漸放至水平的過程中 下列說法正確的是A N1和N2都增大B N1和N2都減小C N1增大 N2減小D N1減小 N2增大 解析 此為一動(dòng)態(tài)平衡問題 受力情況雖有變化 但球始終處于平衡狀態(tài) 法一 圖解法對(duì)球受力分析如圖所示 受重力G 墻對(duì)球的支持力N1 和板對(duì)球的支持力N2 而平衡 做出N1 和N2 的合力F 它與G等大反向 當(dāng)板BC逐漸放至水平的過程中 N1 的方向不變 大小逐漸減小 N2 的方向發(fā)生變化 大小也逐漸減小 如右上圖所示 由牛頓第三定律可知 N1 N1 N2 N2 故答案B正確 法二 解析法對(duì)球受力分析如圖所示 受重力G 墻對(duì)球的支持力N1 和板對(duì)球的支持力N2 而平衡 則F G N1 Ftan N2 F cos 所以N1 Gtan N2 G cos 當(dāng)板BC逐漸放至水平的過程中 逐漸減小 所以由上式可知 N1 減小 N2 也減小 由牛頓第三定律可知 N1 N1 N2 N2 故答案B正確 答案 B 針對(duì)訓(xùn)練 2 如圖所示 繩OA OB懸掛重物于O點(diǎn) 開始時(shí)OA水平 現(xiàn)緩慢提起A端而O點(diǎn)的位置保持不變 則 A 繩OA的張力逐漸減小B 繩OA的張力逐漸增大C 繩OA的張力先增大 后減小D 繩OA的張力先減小 后增大 解析 設(shè)OA繩的張力為T1 OB繩的張力為T2 T1與T2的合力必與mg等大反向 故在T1 T2發(fā)生變化時(shí) T1 T2的合力的大小 方向都不變 由于T2的方向不變 故T1的一端只能在T2的作用線上滑動(dòng) 畫出T1 T2合成的平行四邊形 由圖易見 T1 T2時(shí) T1有最小值 故選項(xiàng)D正確 答案 D 誤區(qū) 對(duì)物體受力分析 顧此失彼 典型例題 如圖所示 物體A靠在豎直墻面上 在力F作用下 A B保持靜止 物體B的受力個(gè)數(shù)為A 2B 3C 4D 5 嘗試解答 若A B之間沒有彈力 則A不會(huì)靜止 故A B之間有彈力 若A B之間無摩擦力 則B不會(huì)靜止 故B受到重力 外力F 彈力和摩擦力共4個(gè)力的作用 答案 C 誤區(qū)警示 本題極易錯(cuò)選B項(xiàng) 分析A的受力時(shí) 只考慮到A受重力 B對(duì)A的彈力和墻對(duì)A的彈力 可處于平衡狀態(tài) 而忽略B的受力 謝謝觀看 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全