第4課時(shí)受力分析共點(diǎn)力的平衡

1、第4課時(shí) 受力分析 共點(diǎn)力的平衡,一、受力分析1．定義：把指定物體(或研究對(duì)象)在特定的物理環(huán)境中受到的所有外力都分析出來(lái)，并畫出物體_________的過(guò)程．2．受力分析的一般順序先分析_____________________，再分析_____________，最后分析其他力．,3．受力分析的步驟(1)明確________——即確定分析受力的物體．(2)隔離物體分析——將研究對(duì)象從周圍物體中______出來(lái)，進(jìn)而分析

2、周圍有哪些物體對(duì)它施加了力的作用．(3)畫出受力示意圖——邊分析邊將力一一畫在受力示意圖上，準(zhǔn)確標(biāo)出_________.(4)檢查畫出的每一個(gè)力能否找出它的________，檢查分析結(jié)果能否使研究對(duì)象處于題目所給的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，否則，必然發(fā)生了漏力、_____或錯(cuò)力的現(xiàn)象．,添力,二、共點(diǎn)力作用下物體的平衡1．平衡狀態(tài)物體做_________運(yùn)動(dòng)或處于____的狀態(tài)(即a＝0)．2．平衡條件(1)物體所受合外力：F合＝__.(

3、2)若采用正交分解法，則平衡條件表示為_____，________,3．平衡條件的相關(guān)推論(1)二力平衡：如果物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài)，這兩個(gè)力必定大小_____，方向________.(2)三力平衡：如果物體在三個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài)，其中任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小______、方向_______.(3)多力平衡：如果物體受多個(gè)力作用處于平衡狀態(tài)，其中任何一個(gè)力與其余力的合力大小_____，方向____

4、__.(4)三力匯交原理：如果一個(gè)物體受到三個(gè)非平行力作用而平衡，這三個(gè)力的作用線必定在_______內(nèi)，而且必為________.,對(duì)于共點(diǎn)力作用下物體的平衡，不要認(rèn)為只有靜止才是平衡狀態(tài)，勻速直線運(yùn)動(dòng)也是物體的平衡狀態(tài)．因此，靜止的物體一定平衡，但平衡的物體不一定靜止．還需注意，不要把速度為零和靜止?fàn)顟B(tài)相混淆，靜止?fàn)顟B(tài)是物體在一段時(shí)間內(nèi)保持速度為零不變，其加速度為零，而物體速度為零可能是物體靜止，也可能是物體做變速運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)狀態(tài)

5、，加速度不為零．由此可見，靜止的物體速度一定為零，但速度為零的物體不一定靜止．因此，靜止的物體一定處于平衡狀態(tài)，但速度為零的物體不一定處于靜止?fàn)顟B(tài)．,總之，共點(diǎn)力作用下的物體只要物體的加速度為零，它一定處于平衡狀態(tài)，只要物體的加速度不為零，它一定處于非平衡狀態(tài)．,一、解答平衡問(wèn)題時(shí)常用的數(shù)學(xué)方法1．菱形轉(zhuǎn)化為直角三角形如果兩分力大小相等，則以這兩分力為鄰邊所作的平行四邊形是一個(gè)菱形，而菱形的兩條對(duì)角線相互垂直，可將菱形分成四個(gè)相同的

6、直角三角形，于是菱形轉(zhuǎn)化成直角三角形．2．相似三角形法如果在對(duì)力利用平行四邊形定則(或三角形定則)運(yùn)算的過(guò)程中， 力三角形與幾何三角形相似，則可根據(jù)相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例等性質(zhì)求解．,光滑半球面上的小球被一通過(guò)定滑輪的力F由底端緩慢拉到頂端的過(guò)程中，試分析繩的拉力F及半球面對(duì)小球的支持力FN的變化情況(如右圖所示)．,豎直絕緣壁上的Q點(diǎn)有一固定的質(zhì)點(diǎn)A，在Q的正上方P點(diǎn)用絲線懸掛另一質(zhì)點(diǎn)B，己知PA=PB，A、B兩質(zhì)點(diǎn)因帶電而互相

7、排斥，致使懸線和豎直方向成θ角，(如右圖所示)，由于漏電使A、B兩質(zhì)點(diǎn)的帶電量逐漸減少，在電荷漏完之前懸線對(duì)懸點(diǎn)P的拉力大小．則(　　),A．逐漸減小　　　　B．逐漸增大C．保持不變 D．先變小后變大,由于在θ減小過(guò)程中，PA與PB相等，故FT始終與G相等，可見，懸線對(duì)懸點(diǎn)P的拉力大小保持不變，選項(xiàng)C正確．【答案】　C,二、動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的分析方法所謂動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題是指通過(guò)控制某些物理量，使物體的受力發(fā)生

8、緩慢變化，而在這一過(guò)程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài)中，解決此類問(wèn)題的方法有：,1．圖解法：此法適用于三力作用下的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題，此類問(wèn)題的基本特征是：有一個(gè)力的大小和方向不變，一個(gè)力的大小在變化而方向不變，還有另一個(gè)力的大小和方向都在變化．這種題用圖解法解答有簡(jiǎn)單直觀的優(yōu)點(diǎn)．具體的解題方法是：首先對(duì)動(dòng)態(tài)平衡的物體進(jìn)行受力分析，兩個(gè)變力的合力與恒力等大反向，在同一個(gè)圖上畫出幾個(gè)特殊狀態(tài)的矢量合成圖，進(jìn)行對(duì)比分析就可以求解．,2．解析法：

9、對(duì)物體受力分析后，利用平衡條件列出方程，解出所判斷量的表達(dá)式，討論得出答案．,如右圖，重G的光滑小球靜止在固定斜面和豎直擋板之間．若擋板逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)到水平位置，在該過(guò)程中，擋板和斜面對(duì)小球的彈力的大小F1、F2變化情況是(　　),A．F1增大　　　　　B．F1先減小后增大C．F2增大 D．F2減少,【解析】　取球?yàn)檠芯繉?duì)象，球受重力G、斜面支持力F1、擋板支持力F2.因?yàn)榍蚴冀K處于平衡狀態(tài)， 故

10、三個(gè)力的合力始終為零，三個(gè)力構(gòu)成封閉的三角形．擋板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)2的方向也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，F(xiàn)1的方向不變，作出如右圖所示的動(dòng)態(tài)矢量三角形．由圖可知，F(xiàn)1先減小后增大，F(xiàn)2隨β增大而增大．所以BC正確．【答案】　BC,2．如右圖所示，用細(xì)線懸掛均勻小球靠在豎直墻上，如把線的長(zhǎng)度縮短，則球?qū)€的拉力FT，對(duì)墻的壓力FN的變化情況正確的是(　　),A．FT、FN都不變　　　　　B．FT減小，F(xiàn)N增大C．FT增大；FN減小

11、 D．FT、FN都增大【解析】　作矢量三角形得選項(xiàng)D對(duì)．【答案】　D,三、隔離法與整體法選擇研究對(duì)象是解決物理問(wèn)題的首要環(huán)節(jié)．在很多物理問(wèn)題中，研究對(duì)象的選擇方案是多樣的．研究對(duì)象的選擇方法不同會(huì)影響求解的繁簡(jiǎn)程度．對(duì)于連結(jié)體問(wèn)題，如果能夠運(yùn)用整體法，我們優(yōu)先采用整體法，這樣涉及的研究對(duì)象少，未知量少，方程少，求解簡(jiǎn)便；不計(jì)物體間相互作用的內(nèi)力，或物體系內(nèi)的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同，一般首先考慮整體法，對(duì)于大多數(shù)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，單

12、純采用整體法并不一定能解決，通常采用整體法和隔離法相結(jié)合的方法．,隔離法：物體之間總是相互作用的，為了使研究的問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，常將研究對(duì)象從相互作用的物體中隔離出來(lái)，而其它物體對(duì)研究對(duì)象的影響一律以力來(lái)表示的研究方法叫做隔離法．整體法：在研究連接體一類的問(wèn)題時(shí)，常把幾個(gè)相互作用的物體作為一個(gè)整體看成一個(gè)研究對(duì)象的方法叫做整體法．,【解析】　本題考查摩擦力的產(chǎn)生條件及力的平衡條件．因A、B和C仍保持靜止，以整體為研究對(duì)象可得f3＝5 N，

13、A與B之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，隔離物體A得，f1＝0，根據(jù)物塊B的水平方向平衡條件可判定f2＝5 N，即C項(xiàng)正確．【答案】　C,【解析】　物體P靜止不動(dòng)，輕繩上拉力和P的重力平衡，故輕繩上拉力一定不變，D項(xiàng)正確．若開始時(shí)，Q有下滑趨勢(shì)，靜摩擦力沿斜面向上，用水平恒力向左推Q，則靜摩擦力減?。蝗糸_始時(shí)，Q有上滑趨勢(shì)，靜摩擦力沿斜面向下，用水平恒力向左推Q，則靜摩擦力增大．因此，Q受到的摩擦力大小不確定．所以選項(xiàng)D正確．【答案】　D,四、物

14、體平衡中的臨界、極值類問(wèn)題物體平衡的臨界問(wèn)題：當(dāng)某種物理現(xiàn)象(或物理狀態(tài))變?yōu)榱硪环N物理現(xiàn)象(或另一物理狀態(tài))時(shí)的轉(zhuǎn)折狀態(tài)叫做臨界狀態(tài)．可理解成“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”．臨界問(wèn)題的分析方法：極限分析法：通過(guò)恰當(dāng)?shù)剡x取某個(gè)物理量推向極端(“極大”、“極小”)從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象(“各種可能性”)暴露出來(lái)，便于解答．,如右圖所示，物體放在水平面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)施一與水平面成α角且斜向下的力F推物體，問(wèn)：α角至

15、少為多大時(shí)，無(wú)論F為多大均不能推動(dòng)物體(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)?,4．如右圖所示 ，A、B兩個(gè)帶有同種電荷的小球，質(zhì)量都是m，用兩根長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)絲線將這兩球吊于O點(diǎn)，當(dāng)把球A固定點(diǎn)O的正下方時(shí)，且使繩處于伸直狀態(tài)，球B偏轉(zhuǎn)的角度α=60°，求A、B兩球帶電總量的最小值？,FT,F,mg,(2009年高考山東卷)如右圖所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O為球心．一質(zhì)量為m的小滑塊，在水平力F的作用下靜止于P點(diǎn)．設(shè)滑塊所受

16、支持力為FN，OP與水平方向的夾角為θ.下列關(guān)系正確的是(　),【答案】　A,有關(guān)三力平衡問(wèn)題的試題在近幾年高考試題中連續(xù)出現(xiàn)，主要考查考生對(duì)平衡問(wèn)題的掌握程度，解答時(shí)能靈活運(yùn)用解題方法．三力平衡問(wèn)題常用到力的分解法、力的合成法、正交分解法、相似三角形法等．,(2009年高考全國(guó)卷Ⅰ)如右圖所示，一個(gè)半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O點(diǎn)為其球心，碗的內(nèi)表面及碗口是光滑的，一根細(xì)線跨在碗口上，線的兩端分別系有質(zhì)量為m1和m2的小球，當(dāng)它

17、們處于平衡狀態(tài)時(shí)，質(zhì)量為m1的小球與O點(diǎn)的連線與水平線的夾角為α=60°， 兩小球的質(zhì)量比 為(　　),【答案】　A,1．一物體位于光滑水平面上，同時(shí)受到三個(gè)水平共點(diǎn)力F1、F2和F3作用，其大小分別為F1＝42 N、F2＝28 N、F3＝20 N，且F2的方向指向正北，下列說(shuō)法中正確的是(　　),A．這三個(gè)力的合力可能為零B．F1、F2兩個(gè)力的合力大小可能為20 NC．若物體處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則F2、F3的

18、合力大小為48 N，方向指向正南D．若物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，則F1、F3的合力大小一定為28 N，方向指向正南,【解析】　F1、F2的合力范圍是F1－F2≤F≤F1＋F2，即14 N≤F≤70 N．B正確；F3的大小處于此范圍之內(nèi)，所以這三個(gè)力的合力可能為零，A項(xiàng)正確；若物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng))，則某兩個(gè)力的合力必定與第三個(gè)力等大反向．C錯(cuò)，D對(duì)．【答案】　ABD,2. 如右圖所示，輕繩上端固定在天花板上的O點(diǎn)，下端懸掛一

19、個(gè)重為10 N的物體A，B是固定的表面光滑的圓柱體．當(dāng)A靜止時(shí)，輕繩與天花板的夾角為30°，B受到繩的壓力是(　　),【解析】　對(duì)物體A，根據(jù)平衡條件可知，繩子拉力FT＝10 N，B受到兩個(gè)方向夾角為120°的等大的兩個(gè)拉力FT的作用，合力沿著角平分線，故合力的大小應(yīng)等于FT＝10 N，B對(duì)．【答案】　B,3．如下圖所示，物體m通過(guò)定滑輪牽引另一水平面上的物體沿斜面勻速下滑，此過(guò)程中斜面仍靜止，斜面質(zhì)量為M，則水平

20、地面對(duì)斜面體(　　),A．無(wú)摩擦力　　　　　　　　B．有水平向右的摩擦力C．支持力為(M＋m)g D．支持力小于(M＋m)g【解析】　設(shè)斜面夾角為θ，對(duì)M、m整體分析受力可得平衡方程：FTcos θ＝Fμ，F(xiàn)Tsin θ＋FN＝(M＋m)g，故B、D正確．【答案】　BD,4．如下圖所示，物塊a、b的質(zhì)量均為m，水平地面和豎直墻面均光滑，在水平推力F作用下，兩物塊均處于靜止?fàn)顟B(tài)．則(　　),A．b受到的摩擦力大小等

21、于mgB．b受到的摩擦力大小等于2mgC．b對(duì)地面的壓力大小等于mgD．b對(duì)地面的壓力大小等于2mg【答案】　AD,5. 如右圖所示，小圓環(huán)A吊著一個(gè)質(zhì)量為m2的物塊并套在另一個(gè)豎直放置的大圓環(huán)上，有一細(xì)線一端拴在小圓環(huán)A上，另一端跨過(guò)固定在大圓環(huán)最高點(diǎn)B的一個(gè)小滑輪后吊著一個(gè)質(zhì)量為m1的物塊．如果小圓環(huán)、滑輪、繩子的形狀和質(zhì)量以及相互之間的摩擦力都可以忽略不計(jì)，繩子又不可伸長(zhǎng)，若平衡時(shí)弦AB所對(duì)應(yīng)的圓心角為α，則兩物塊的質(zhì)量之