《2017沪科版高中物理必修一第4章《共点力的平衡及其应用》word学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017沪科版高中物理必修一第4章《共点力的平衡及其应用》word学案（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案学案 4 4 共点力的平衡及其应用共点力的平衡及其应用学习目标定位 1.理解共点力作用下物体平衡状态的概念，能推导出共点力作用下物体的平衡条件.2.会用共点力平衡条件解决有关共点力的平衡问题.3.掌握解决共点力平衡的几种常用方法一、平衡状态如果物体保持静止或匀速直线运动状态，就说物体处于平衡状态二、平衡状态的条件1受二力作用的物体处于平衡状态，物体所受合力为零，即F合0.2物体受三个共点力平衡时，其中两个力F1、F2的合力F与第三个力F3等大反向，则F与F3的合力也为零，即三个力F1、F2、F3的合力为零3物体在多个共点力作用下平衡时，合力总等于零.一、生活离不开平衡问题设计桌子上放着的杯
2、子、天花板上吊着的吊灯、在平直铁轨上匀速行驶的火车中的乘客等都处于平衡状态，你能总结“平衡状态”的含义吗？答案 如果物体保持静止或匀速直线运动状态，就说物体处于平衡状态这里包括速度恒为零的静止状态，它是一种静态的平衡；也包括运动的平衡，即速度不为零，但大小、方向都不变的匀速直线运动状态要点提炼1平衡状态：(1)保持静止状态；(2)保持匀速直线运动状态2对平衡状态的理解(1)共点力作用下物体处于平衡状态的运动学特征：加速度为零(2)“保持”某状态与“瞬时”某状态的区别，例如：做自由落体运动的物体开始运动时，这一瞬间的速度为零，但这一状态不能“保持” ，因而不属于平衡状态二、从二力平衡到共点力平衡
3、问题设计二至三人合作，用三个测力计拉住小环O，使小环保持静止，如图 1 所示，记下三个测力计的拉力的方向及大小，用力的图示法在纸上表示出各个力，请先研究其中某两个力的合力跟第三个力的关系，然后找出三个共点力平衡时满足的条件图 1答案 用平行四边形定则作出F1、F2的合力F，如图所示，F3与F等大反向同理可发现：F2与F3的合力与F1等大反向，F1与F3的合力也与F2等大反向所以一个物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，这三个力的合力为零要点提炼1平衡条件：(1)F合0(或加速度a0)(2)Error!2平衡条件的四个常用结论(1)二力作用平衡时，二力等大、反向(2)三力作用平衡时，任意两个力的
4、合力与第三个力等大、反向(3)多力作用平衡时，任一个力与其他所有力的合力等大、反向(4)物体处于平衡状态时，沿任意方向上分力之和均为零延伸思考物体速度为 0 时，一定处于静止状态吗？答案 不一定静止状态是v0，F合0，两者应同时成立若v0，F合0，处于非平衡状态，不是静止状态一、对平衡状态的理解例 1 物体在共点力作用下，下列说法中正确的是( )A物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态B物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态C物体所受合力为零，就一定处于平衡状态D物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态解析 处于平衡状态的物体，从运动形式上看是始终处于静止或匀速直线运动状态，
5、从受力上来看是物体所受合力为零答案 C二、共点力平衡条件的简单应用例 2 如图 2 所示，某个物体在F1、F2、F3、F4四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 2A. B.F4 23F42CF4 D.F43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，所以本题正确的选项应为 C.答案 C三、利用正交分解
6、法求解共点力的平衡问题例 3 拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具(如图 3 所示)设拖把头的质量为m，拖杆质量可忽略；拖把头与地板之间的动摩擦因数为，重力加速度为g.某同学用该拖把在水平地板上拖地时，沿拖杆方向推拖把，拖杆与竖直方向的夹角为.若拖把头在地板上匀速移动，求推拖把的力的大小图 3解析 设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把将拖把受到的力沿竖直和水平方向分解，根据平衡条件有Fcos mgNFsin f式中N和f分别为地板对拖把的支持力和摩擦力，又因为fN联立以上三式得Fmg sin cos 答案 mg sin cos 针对训练 如图 4 所示，重为 500 N 的人用跨过定滑轮的轻绳
7、牵引重 200 N 的物体，当绳与水平面成 60角时，物体静止不计滑轮与绳的摩擦求地面对人的支持力和摩擦力图 4解析 人和物体静止，所受合力皆为零，对物体进行受力分析可得，绳的拉力F等于物重 200 N；人受绳的拉力F大小与F相同，则FF200 N.如图所示，以人为研究对象，将绳的拉力分解得水平分力FxFcos 60200 N100 N1 2竖直分力FyFsin 60200 N100 N323在x轴上，f与Fx二力平衡，所以静摩擦力fFx100 N，在y轴上，三力平衡得地面对人的支持力NGFy(500100) N100(5) N.33答案 100(5) N 100 N3共点力作用下物体的平衡E
8、rror!1(对平衡状态的理解)下列物体中处于平衡状态的是( )A静止在粗糙斜面上的物体B沿光滑斜面下滑的物体C在平直路面上匀速行驶的汽车D做自由落体运动的物体在刚开始下落的瞬间答案 AC解析 在共点力的作用下，物体如果处于平衡状态，则该物体必同时具有以下两个特点：从运动状态来说，物体保持静止或者匀速直线运动状态，加速度为零；从受力情况来说，合力为零物体在某一时刻的速度为零，并不等同于这个物体保持静止，如果物体所受的合力不为零，它的运动状态就要发生变化，在下一个瞬间就不是静止的了，所以物体是否处于平衡状态要由物体所受的合力和加速度判断，而不能认为物体某一时刻速度为零，就是处于平衡状态，本题的正
9、确选项应为 A、C.2(共点力平衡条件的简单应用)人站在自动扶梯上随扶梯匀速上升，如图 5 所示，下列说法正确的是( )图 5A人所受合力方向同图中速度的方向B人在水平方向受到向右的摩擦力的作用C人只在竖直方向受力且合力为零D人在竖直方向所受合力不为零答案 C3(利用正交分解法处理共点力的平衡问题)如图 6 所示，质量为m的物体在恒力F作用下沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间的动摩擦因数为，则物体受到的摩擦力的大小为( )图 6AFsin BFcos C(Fsin mg) D(mgFsin )答案 BC解析 先对物体进行受力分析，如图所示，然后把力F进行正交分解，F产生两个效果：使物体水平
10、向前F1Fcos ，同时使物体压紧水平地面F2Fsin .由力的平衡可得F1f，F2GN，又滑动摩擦力fN，则fFcos (Fsin mg)，故选 B、C.4(利用正交分解法处理共点力的平衡问题)物体A在水平力F1400 N 的作用下，沿倾角60的斜面匀速下滑(如图 7 所示)物体A受到的重力mg400 N，求物体A与斜面间的动摩擦因数.图 7解析 取物体A为研究对象，它在四个力的作用下处于平衡状态，根据受力情况，建立直角坐标系如图所示根据平衡条件可得：fF1cos mgsin 0，NF1sin mgcos 0.又fN，联立以上各式，代入数据解得：0.27.答案 0.27题组一 对平衡状态和共
11、点力平衡条件的理解1关于物体的平衡，下列说法正确的是( )A如果物体所受合力等于零，则一定处于静止状态B如果物体所受合力等于零，则一定处于匀速直线运动状态C只要物体速度等于零，物体就处于平衡状态D如果物体受到共点力作用而处于平衡状态，则合力一定为零答案 D解析 物体所受合力等于零，则物体处于静止状态或匀速直线运动状态，因此，A、B 均错；物体速度为零时，合力可能不为零，如竖直上抛物体到达最高点的瞬间，故 C 错2一个物体在三个力的作用下处于平衡状态，则( )A三个力的合力可能不为零B三个力的合力一定为零C三个力一定是共点力D三个力可以不是共点力答案 BC3某物体受四个力的作用而处于静止状态，保
12、持其他三个力的大小和方向均不变，使另一个大小为F的力的方向转过 90，则欲使物体仍能保持静止状态，必须再加上一个大小为多少的力( )AF B.F C2F D3F2答案 B题组二 共点力平衡条件的简单应用4如图 1 所示，一重为 10 N 的球固定在支杆AB的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为 7.5 N，则AB杆对球的作用力( )图 1A大小为 7.5 NB大小为 10 NC方向与水平方向成 53角斜向右下方D方向与水平方向成 53角斜向左上方答案 D解析 小球受力如图所示，则F2sin G，F2cos F1，tan ，53，G F14 3F2 N12.5 N.G sin
13、 10 0.85如图 2 所示，物体M放在水平面上受到两个水平力的作用，F14 N，F28 N，物体处于静止状态如果将水平力F1增加 5 N，则( )图 2A物体M仍处于静止B物体M受到的合力方向向左C物体M受到的合力方向向右D物体M受到的摩擦力等于 5 N答案 A解析 据题意可知，当F14 N，F28 N 时，物体处于静止状态，即物体所受最大静摩擦力的最小值应为F2F1(84) N4 N如果将F1增加 5 N，则F1(45) N9 N显然F1F2(98) N1 N，小于最大静摩擦力，故物体仍处于静止状态，所受静摩擦力为 1 N，方向与F1的方向相反，物体所受合力为零，故 A 选项正确6如图
14、3 所示，物体M在斜向右下方的推力F作用下，在水平地面上恰好做匀速运动，则推力F和物体M受到的摩擦力的合力方向( )图 3A竖直向下B竖直向上C斜向下偏左D斜向下偏右答案 A解析 物体M受四个力作用(如图所示)，支持力N和重力G的合力一定在竖直方向上，由平衡条件知，摩擦力f和推力F的合力与支持力N和重力G的合力必定等大反向，故f与F的合力方向竖直向下题组三 利用正交分解法处理共点力的平衡问题7.如图 4 所示，一物体放在水平地面上，对物体施加一个倾角为的斜向右上方的力F，当这个力从零开始逐渐增大时，物体受到的摩擦力将( )图 4A逐渐增大B逐渐减小C先逐渐增大，后又减小D先逐渐减小，后又增大答
15、案 C解析 对物体进行受力分析，如图所示，将F进行正交分解，可得F1Fcos ，F2Fsin .在F较小时，物体不运动，摩擦力f是静摩擦力，其大小应为fF1Fcos .所以F增大时，f也增大在F较大时，物体发生了运动，静摩擦力变为滑动摩擦力，其大小应为fN，又由竖直方向受力平衡，有NF2G，所以NGF2GFsin .滑动摩擦力的大小f(GFsin )，所以当F增大时，f减小8.小船用绳索拉向岸边，如图 5 所示，设船在水中运动时水的阻力大小不变，那么在小船匀速靠岸的过程中，下列说法正确的是( )图 5A绳子的拉力T不断增大B绳子的拉力T不变C船的浮力减小D船的浮力增大答案 AC解析 如图所示，小船受四个力的作用而匀速前进，水平方向：fTcos ，竖直方向：Tsin F浮mg当角增大时，由于f不变，则拉力T增大，浮力F浮减小9.如图 6 所示，在倾角为的固定光滑斜面上，质量为m的物体受外力F1和F2的作用，F1方向水平向右，F2的方向竖直向上若物体静止在斜面上，则下列关系正确的是( )图 6AF1sin F2cos mgsin ，F2
