【高中物理】共点力的平衡 课件-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册.pptx

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1、3.53.5共点共点力的平衡力的平衡 三个人两根竹竿，扛一三个人两根竹竿，扛一块大石头，谁更累呢？块大石头，谁更累呢？或许一样吧！或许一样吧！几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线作用线相相交于一点交于一点。共点力共点力共点力共点力一、共点力一、共点力F拉拉非共点力非共点力非共点力非共点力它们的作用线是它们的作用线是平行平行的，的，没有交点没有交点。非非共点力共点力平衡的艺术作品平衡的艺术作品二、共点力作用下物体的平衡二、共点力作用下物体的平衡1平衡状态：物体物体处于处于静止静止或或匀速直线运动匀速直线运动状状的的状态状态二、共点力作用下物体

2、的平衡二、共点力作用下物体的平衡GNFf放在水平地面上放在水平地面上静止的物体静止的物体受受力力分分析析v=0水平地面上匀速水平地面上匀速运动的物体运动的物体GNFfv02 2共点力的平衡条件：共点力的平衡条件：合合合合外力为外力为外力为外力为零零零零静止或匀速直线运动 v0a0F合合0二力平衡：两力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，合力为零两力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，合力为零三力平衡：任意两力的合力必定与任意两力的合力必定与第三个力等值反向，并第三个力等值反向，并且在同一直线上，合力且在同一直线上，合力为零。为零。多力平衡：其中任意（其中任意（n-1）个力的合）个力的合力必

3、定与剩下的第力必定与剩下的第n个力等个力等值反向，且作用在同一直值反向，且作用在同一直线上，合力为零。线上，合力为零。二、共点力作用下物体的平衡二、共点力作用下物体的平衡2 2共点力的平衡条件：共点力的平衡条件：合合合合外力为外力为外力为外力为零零零零F1F3F2F12F F2 2F F3 3F F1 1F F5 5F F4 4F23451.如果物体只受三个力并保持平衡如果物体只受三个力并保持平衡,则这三个力一定是则这三个力一定是共点力共点力.2.如果物体只受三个力并保持平衡如果物体只受三个力并保持平衡,则则任二个力的合力定是第三个力的平任二个力的合力定是第三个力的平衡力衡力.3.如果物体只受

4、三个力并保持平衡如果物体只受三个力并保持平衡,则这三个力定可构成一个则这三个力定可构成一个首尾首尾相接的相接的封闭三角形封闭三角形.F1F3F2三三力平衡力平衡F12三力平衡三力平衡123 当物体受到同一平面内三个共点力作用平衡时，依照每一个力的作用方向将它们首尾相连，一定可以构成一个封闭三角形123根据根据所作出的力三角形，利用所作出的力三角形，利用正弦定理可可得：得：三力平衡三力平衡 三个共点力平衡时，每一个力与另外两个力夹角的正弦成正比，这个关系式称为“拉密定理”。123拉密定理拉密定理拉密定理拉密定理例例物体受共点力作用，下列说法正确的是物体受共点力作用，下列说法正确的是()A物体的速

5、度等于零，物体就一定处于平衡状态物体的速度等于零，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物体所受合力为零时，就一定处于平衡状态物体所受合力为零时，就一定处于平衡状态D物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态C某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑，为使儿童在滑 梯游

6、戏时能在梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？滑板上滑下，滑梯至少要多高？FfmgFN解题基本思路：确定确定研究对象，构建构建模型：对这个物体进行对这个物体进行受力分析：顺序：顺序：竖直向下的重力竖直向下的重力mg；垂直斜面向上的支持力垂直斜面向上的支持力FN；沿斜面向上的摩擦力沿斜面向上的摩擦力Ff；应用应用二力平衡模式二力平衡模式或建立直角坐标系转化为或建立直角坐标系转化为四力平衡的模式四力平衡的模式。【例题例题1 1】某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿

7、童裤料之间的动摩擦因数取。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑，为使儿童在滑 梯游戏时能在梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？滑板上滑下，滑梯至少要多高？【例题例题1 1】FfmgFN某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑，为使儿童在滑 梯游戏时能在梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？滑板上滑下，滑梯至少要多高？【例题例题1 1】FfmgFN解法1

8、（分解法）：将球受到的重力进行分解如图，可得：）：将球受到的重力进行分解如图，可得：G1G2根据平衡条件得：根据平衡条件得：FN=G1由于由于 Ff=FN联立可求得联立可求得：解得解得：h=b=0.46m=2.4mf=G2转化为四力平衡转化为四力平衡转化为四力平衡转化为四力平衡某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑，为使儿童在滑 梯游戏时能在梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高

9、？滑板上滑下，滑梯至少要多高？【例题例题1 1】fmgFN 由于由于 Ff=FN联立可求得联立可求得：解得解得：h=b=0.46m=2.4m解法2（合成法）：根据平衡条件）：根据平衡条件，FN和和f的的合力与重力等合力与重力等大反向，受力分析如图，解三角形可得大反向，受力分析如图，解三角形可得：转化为转化为转化为转化为二二二二力平衡力平衡力平衡力平衡某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使

10、儿童在滑，为使儿童在滑 梯游戏时能在梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？滑板上滑下，滑梯至少要多高？【例题例题1 1】fmgFN 由于由于 Ff=FN联立可求得联立可求得：解得解得：h=b=0.46m=2.4mfmgFN 解法3（力三角形法）：将球受三力平衡，三力组成直角：将球受三力平衡，三力组成直角三角形，如图解三角形可得：三角形，如图解三角形可得：某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为某幼儿园要在空地上做一个滑梯（图甲），根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4

11、，为使儿童在滑，为使儿童在滑 梯游戏时能在梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？滑板上滑下，滑梯至少要多高？【例题例题1 1】FfmgFN解法4（正交分解法）：如图把重力）：如图把重力mg沿两坐标轴方向分解为沿两坐标轴方向分解为F1和和F2，根据共点力平衡的条件和直角三角形中三角函数关系，根据共点力平衡的条件和直角三角形中三角函数关系可知：可知：G1G2 xyG2 Ff 0G2 mg sin 在在y 轴方向上：轴方向上：G1 FN 0G1 mgcos 由于由于Ff=FN联立可求得联立可求得：解得解得：h=b=0.46m=2.4m在在x轴方向上：轴方向上：转化为四力平衡转化为四力平衡转化为四力

12、平衡转化为四力平衡正交分解法解题的一般正交分解法解题的一般步骤步骤对物体受力分析，明确物体受哪几个力，受力的方向。建立坐标系，使尽可能多的力落在坐标轴上。将力分解在坐标轴上，视题目要求列方程。联立方程求解实际问题。两个物体间的弹力与摩擦力方向必然垂直，所以往往在弹力和摩擦力方向上建立直角坐标系。可以视题目需要,只列Fx=0或Fy=0,不一定都要列出来。滑动摩擦力公式F,=F、(让x轴与y轴有关系)。1 12 23 34 4【例题例题2 2】生活中常用一根水平绳拉着悬吊重物的绳索来改变或固定悬吊物的位置。如图生活中常用一根水平绳拉着悬吊重物的绳索来改变或固定悬吊物的位置。如图3.5-2，悬吊重物

13、的细绳，其悬吊重物的细绳，其O点被一水平绳点被一水平绳BO牵引，使悬绳牵引，使悬绳AO段和竖直方向成段和竖直方向成角。若悬吊角。若悬吊物所受的重力为物所受的重力为mg，则悬绳，则悬绳AO和水平绳和水平绳BO所受的拉力各等于多少？所受的拉力各等于多少？分析分析：（1 1）确定研究对象，构建模型：）确定研究对象，构建模型：结点 （2 2）对这个物体进行）对这个物体进行受力分析：三根绳子给的拉力三根绳子给的拉力F1 F2 F3F3=mgF1F2F3F4解法一：合成法转化为二力平衡。任意两个力的合力都与第三力平衡【例题例题2 2】如图，以如图，以O O为原点建立直角坐标系为原点建立直角坐标系 ：由平衡

14、条件由平衡条件解法二：正交分解法转化为四力平衡yxF1F2F3F1xF1y在在x轴方向上轴方向上：F2F1x=0在在y轴方向上轴方向上：F1yF3=0F2 F1sin=0即即F1cos mg=0联立可求得联立可求得F1 mg/cos F2 mgtan将处于平衡状态的物体所受的力，分解为相互正交的两组，每一组的力都满足二力平衡条件【例题例题2 2】F1F2F3解法三：分解法F1F2OOOO点静止点静止点静止点静止,合力为合力为合力为合力为0 0 0 0.直角三角形中三角函数关系可知：直角三角形中三角函数关系可知：F1=mgmgmgmg/cosF2=mgtanF1 mg/cos F2 mgtan联

15、立可求得联立可求得物体受到几个力的作用，将某一个力按力的效果进行分解，则其分力和其他力在所分解的方向上满足平衡条件转化为四力平衡转化为四力平衡转化为四力平衡转化为四力平衡【例题例题2 2】F1F2F3解法四:三角形定则直角三角形中三角函直角三角形中三角函数关系可知：数关系可知：F3=mgF1 mg/cos F2 mgtan物体受同一平面内三个互不平行的力的作用平衡时，这三个力的矢量箭头首尾相接，构成一个闭合三角形，反之，若三个力的矢量箭头首尾相接恰好构成三角形，则这三个力的合力必为零，F1F2F3处理共点力平衡问题常用的处理共点力平衡问题常用的处理共点力平衡问题常用的处理共点力平衡问题常用的方

16、法方法方法方法合成法正交分解法分解法力的三角形法解决共点力作用下物体平衡的一般思路解决共点力作用下物体平衡的一般思路审读实际问题弄清问题情境、题给条件和要求弄清问题情境、题给条件和要求找出待求力找出待求力确定研究对象选用整体法或隔离法选用整体法或隔离法出现待出现待求力求力对研究对象受力分析规范画出受力规范画出受力示意图示意图明确解题策略合成法、分解法、图解法等合成法、分解法、图解法等进行相关处理合成或分解某些力，作出平行四边形合成或分解某些力，作出平行四边形列出平衡方程根据根据F合合=0或只列或只列Fx=0或或Fy=0求解并讨论分析应用数学知识应用数学知识处理平衡问题的三个技巧处理平衡问题的三

17、个技巧处理平衡问题的三个技巧处理平衡问题的三个技巧(1)物体受三个力平衡时，利用力的分解法或合成法比较简单。(2)物体受四个以上的力作用时，一般要采用正交分解法。(3)正交分解法建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合，使需要分解的力尽可能少。长方体木块静止在倾角为长方体木块静止在倾角为的斜面上，则木块对斜面的作用力的斜面上，则木块对斜面的作用力的方向为（）的方向为（）A、沿斜面向下、沿斜面向下B、垂直斜面向下、垂直斜面向下C、沿斜面向上、沿斜面向上D、竖直向下、竖直向下GNf静静D练习练习1 1如图所示，有一均匀梯子如图所示，有一均匀梯子如图所示，有一均匀梯子如图所示，有一均匀梯子ABAB斜

18、靠在竖直墙上处于静止状态，已知墙面斜靠在竖直墙上处于静止状态，已知墙面斜靠在竖直墙上处于静止状态，已知墙面斜靠在竖直墙上处于静止状态，已知墙面光滑，地面粗糙，则地面对梯子的作用力可能沿（）光滑，地面粗糙，则地面对梯子的作用力可能沿（）光滑，地面粗糙，则地面对梯子的作用力可能沿（）光滑，地面粗糙，则地面对梯子的作用力可能沿（）A A、F F1 1的方向的方向的方向的方向B B、F F2 2的方向的方向的方向的方向C C、F F3 3的方向的方向的方向的方向D D、F F4 4的方向的方向的方向的方向ABF4F3F2F1BG GN N 物体受三个不平行物体受三个不平行外力作用而平衡，则这外力作用而

19、平衡，则这三个力的作用线必在同三个力的作用线必在同一平面内且为共点力一平面内且为共点力练习练习2 2如图所示，一球夹在竖直墙如图所示，一球夹在竖直墙AC和木板和木板BC之间，不计摩擦，墙对球的压力之间，不计摩擦，墙对球的压力为为FN1，板对球的压力，板对球的压力FN2，在将板，在将板BC逐渐放至水平的过程中，下列说法逐渐放至水平的过程中，下列说法正确的是（）正确的是（）A.FN1 和和FN2 都增大都增大B.FN1 和和 FN2 都减小都减小 C.FN1 增大，增大，FN2 减小减小D.FN1 减小，减小，FN2 增大增大 B练习练习3 3ABCFN2FN1mgFN2FN1mg共点共点力平衡力

20、平衡1.平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动的状态。2.共点力：力的作用点在物体上的同一点或力的延长线交于一点的几个力叫做共点力。能简化成质点的物体受到的力可以视为共点力。3.共点力作用下物体的平衡条件：物体所受合力为零即F=0,若正交分解则Fx=0或Fy=04.二力平衡：如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态，则这两个力必定大小相等，方向相反，为一对平衡力。5.三力平衡：如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，则其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等_，方向相反。6.多力平衡：如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，则其中任何一个力与其余力的合力大小相等，方向相反。共点力平衡共点力平衡