3.6 共点力作用下物体的平衡 学案(含答案)
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1、6 6 共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡 学习目标 1.理解平衡状态, 掌握共点力平衡的条件.2.会利用合成法或正交分解法分析计算 平衡问题 一、共点力作用下物体的平衡状态 如果物体保持静止或匀速直线运动状态,就说这个物体处于平衡状态 二、共点力作用下物体的平衡条件 1平衡条件的概念: 要使物体保持平衡状态,作用在物体上的力必须满足一定的条件 2共点力作用下物体的平衡条件:物体受到的合力为零,即 F合0.或 Fx合0 Fy合0, 3三力平衡:当物体受到三个共点力处于平衡状态时,其中任意两个力的合力与第三个力大 小相等、方向相反 1判断下列说法的正误 (1)作用在一个物体上的两个力,
2、如果大小相等、方向相反,这两个力一定平衡( ) (2)某时刻物体的速度为零,物体一定处于平衡状态( ) (3)物体处于平衡状态时加速度一定为零( ) (4)如果一个物体受到三个共点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 10 N,则它受到的支持力为 _ N,摩擦力为_ N. 图 1 答案 5 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 v0,av t,对应加速度为零,速 度为零不代表 a0
3、. 例如,竖直上抛的物体运动到最高点时,这一瞬间速度为零,但这一状态不可能保持,因而 上抛物体在最高点不能称为静止,即速度为零不等同于静止 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. 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 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 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 (3)当物体受三个力平衡,将表示这三个力的有向线段依
4、次首尾相连,则会构成一个矢量三角 形,表示合力为 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 10 N,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)10 N 水平向左 (2)10 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 F10 N,方向水平向左 (2)若将F1转过90 , 则F1与其余四个力的合力垂直, F合 F12F2 102102 N10 2 N. 二、共点力平衡条件
5、的应用 求解共点力平衡问题的一般步骤: (1)根据问题的要求,恰当地选取研究对象 (2)对研究对象进行受力分析,画出受力分析图 (3)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. (4)联立方程求解,必要时对结果进行讨论 命题角度 1 三力平衡问题 (多选)(2019 玉门一中高一期中)如图 3 所示,是一种测定风作用力的仪器的原理图, 它能自动随着风的转向而转向,使风总从图示方向吹向小球 P.P 是质量为 m 的金属球,固定 在一细长刚性金属丝下端,能绕悬挂点 O 在竖直平面内摆动,无风时金属丝自然下垂,有风 时金属丝将偏离竖直方向一定角度 ,角 大小与风
6、力大小有关,下列关于风力 F、刚性金 属丝拉力 T 与角度 的关系式正确的是(重力加速度为 g)( ) 图 3 AFmgsin BFmgtan CTmgcos DT mg cos 答案 BD 解析 选取金属球为研究对象,它受到三个力的作用,如图甲所示金属球处于平衡状态, 这三个力的合力为零可用以下三种方法求解 解法一 力的合成法 将风力 F 和拉力 T 合成如图乙所示,由平衡条件知 F 与 T 的合力与重力等大反向,由平行四 边形定则可得 Fmgtan ,T mg cos . 解法二 正交分解法 以金属球的重心为坐标原点,取水平方向为 x 轴,竖直方向为 y 轴,建立直角坐标系,如图 丙所示由
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