4.1 共点力作用下物体的平衡 学案(含解析)
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1、1 共点力作用下物体的平衡学习目标 1.知道物体的平衡状态.2.掌握共点力作用下的物体的平衡条件 .3.会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题一、共点力作用下物体的平衡状态物体在共点力的作用下,保持静止或做匀速直线运动的状态二、共点力作用下物体的平衡条件1力的平衡条件要使物体保持平衡状态,作用在物体上的力必须满足的条件2共点力作用下物体的平衡条件F 合 0 或Error! ,其中 Fx 合 和 Fy 合 分别是将力进行正交分解后,物体在 x 轴和 y 轴上所受的合力3力的平衡作用在物体上的几个力的合力为零即学即用1判断下列说法的正误(1)某时刻物体的速度为零时,物体一定处于平衡状态()(2)物体
2、只有在不受力作用时才能保持平衡状态( )(3)所受合力保持不变的物体处于平衡状态( )(4)物体处于平衡状态时加速度一定为零( )(5)物体处于平衡状态时任意方向的合力均为零( )2若物体受到 n 个力作用处于静止状态若其中一个力 F110 N,方向向右,则其余( n1)个力的合力 F_ N,方向向 _答案 10 左一、共点力作用下物体的平衡条件1(1)平衡条件:F 合 0,Error!(2)对应两种状态:静止状态:a0,v0匀速直线运动状态:a0,v0(3)说明:物体某时刻速度为零,但 F 合 0,不是平衡状态,如竖直上抛的物体到达最高点时,只是速度为零,不是平衡状态处于平衡状态的物体,沿任
3、意方向的合力都为零2由平衡条件得出的三个结论例 1 如图 1 所示,某个物体在 F1、F 2、F 3、F 4 四个力的作用下处于静止状态,若 F4 的方向沿逆时针转过 60而保持其大小不变,其余三个力的大小和方向均不变,则此时物体所受到的合力大小为( )图 1A. B.F42 3F42CF 4 D. F43答案 C解析 由共点力的平衡条件可知, F1、F2、F3 的合力应与 F4 等大反向,当 F4 的方向沿逆时针转过 60而保持其大小不 变时, F1、F2、F3 的合力的大小仍为 F4,但方向与 F4 成 120角,由平行四边形定则可得,此时物体所受的合力大小 为 F4.针对训练 1 同一物
4、体在下列几组共点力作用下可能处于静止状态的是( )A3 N、4 N、5 N B3 N、5 N 、9 NC4 N、6 N、11 N D5 N 、6 N、12 N答案 A解析 处于静止状态的物体所受到的合力为零,根据三个共点力的合力范 围可知:3 N、4 N、5 N 的合力范围是 0F 合 12 N,故 A 可能;3 N、5 N、9 N 的合力范围是 1 NF 合 17 N,故B 不可能;4 N、6 N、11 N 的合力范围是 1 NF 合 21 N,故 C 不可能;5 N、6 N、12 N 的合力范围是 1 NF 合 23 N,故 D 不可能二、共点力平衡问题的分析运用共点力平衡条件解题的步骤(
5、1)选取研究对象(2)对所选取的研究对象进行受力分析并画出受力分析图(3)对研究对象所受的力进行处理,或合成或分解或正交分解(4)根据 F 合 0 或 Fx 合 0,F y 合 0 列方程求解例 2 如图 2 所示,用相同的弹簧秤将同一个重物 m 分别按甲、乙、丙三种方式悬挂起来,读数分别是 F1、F 2、F 3、F 4,设 30,则有( )图 2AF 4 最大BF 3F 2CF 2 最大DF 1 比其他各读数都小答案 C解析 对 m 分别进行受力分析,如图,根据三力平衡条件,三力中任意两个力的合力与第三个力等大反向,结合几何关系F1mgtan 30 mg33F2 mgmgcos 30 233
6、F3 mg12mgcos 30 33F4mg因此 F2 最大,故选 C.例 3 如图 3 所示,一个质量为 m、横截面为直角三角形的物块 ABC,ABC ,AB 边靠在竖直墙上,F 是垂直于斜面 BC 的推力,现物块静止不动,重力加速度为 g,求物块受到的摩擦力和弹力的大小图 3答案 Fsin mg Fcos 解析 对物块进行受力分析,如 图所示,水平方向建立 x 轴,竖直方向建立 y 轴由平衡条件,得 fFsin mg, NFcos .物体受到三个力作用下处于平衡状态时,可以用合成法求解.如例 2 解法,也可以用正交分解法求解,物体受三个以上的非共线力作用而处于平衡状态时 ,一般用正交分解法
7、求解 .针对训练 2 如图 4 所示,放在斜面上的物体受到垂直于斜面向上的力 F 作用而始终保持静止当力 F 逐渐减小时,物体受到斜面的摩擦力( )图 4A保持不变B逐渐减小C逐渐增大D以上三种均有可能答案 A解析 对物体受力分析,受重力、支持力、静摩擦力和拉力,如图所示:因为物体始终静止,处于平衡状 态,合力一直 为零,根据平衡条件,有:平行斜面方向:f G sin ,G 和 保持不变,故静摩擦力 f 保持不变.1.(对平衡条件的理解)在下图中,能表示物体处于平衡状态的是 ( )答案 C解析 平衡条件是 F 合 0,a0,故只有 C 正确2(平衡条件的理解和应用)如图 5 所示为一秋千,用两
8、根等长轻绳将一座椅悬挂在竖直支架上等高的两点由于长期使用,导致两根支架向内发生了稍小倾斜,如图中虚线所示,但两悬挂点仍等高座椅静止时用 F 表示所受合力的大小,F 1 表示单根轻绳对座椅拉力的大小,与倾斜前相比( )图 5AF 不变,F 1 变小 BF 不变,F 1 变大CF 变小,F 1 变小 DF 变大,F 1 变大答案 A解析 如图所示,木板静止时 ,受重力和两个拉力而平衡,故三个力的合力 为零,即:F0;根据共点力平衡条件,有:2F 1cos mg解得:F 1 .由于长期使用,导致两根支架向内发生了稍小 倾斜,即 图中的 角减小了,mg2cos 故 F 不变,F 1变 小故选 A.3(
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- 4.1 力作 物体 平衡 学案含 解析
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