第4課時受力分析共點力的平衡

1、第4課時 受力分析 共點力的平衡,一、受力分析1．定義：把指定物體(或研究對象)在特定的物理環(huán)境中受到的所有外力都分析出來，并畫出物體_________的過程．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——將研究對象從周圍物體中______出來，進(jìn)而分析

2、周圍有哪些物體對它施加了力的作用．(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)檢查畫出的每一個力能否找出它的________，檢查分析結(jié)果能否使研究對象處于題目所給的運(yùn)動狀態(tài)，否則，必然發(fā)生了漏力、_____或錯力的現(xiàn)象．,添力,二、共點力作用下物體的平衡1．平衡狀態(tài)物體做_________運(yùn)動或處于____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：如果物體在兩個共點力的作用下處于平衡狀態(tài)，這兩個力必定大小_____，方向________.(2)三力平衡：如果物體在三個共點力的作用下處于平衡狀態(tài)，其中任意兩個力的合力一定與第三個力大小______、方向_______.(3)多力平衡：如果物體受多個力作用處于平衡狀態(tài)，其中任何一個力與其余力的合力大小_____，方向____

4、__.(4)三力匯交原理：如果一個物體受到三個非平行力作用而平衡，這三個力的作用線必定在_______內(nèi)，而且必為________.,對于共點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)動中的一個狀態(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、解答平衡問題時常用的數(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菱形，而菱形的兩條對角線相互垂直，可將菱形分成四個相同的

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力利用平行四邊形定則(或三角形定則)運(yùn)算的過程中， 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定滑輪的力F由底端緩慢拉到頂端的過程中，試分析繩的拉力F及半球面對小球的支持力FN的變化情況(如右圖所示)．,豎直絕緣壁上的Q點有一固定的質(zhì)點A，在Q的正上方P點用絲線懸掛另一質(zhì)點B，己知PA=PB，A、B兩質(zhì)點因帶電而互相

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)點的帶電量逐漸減少，在電荷漏完之前懸線對懸點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減小過程中，PA與PB相等，故FT始終與G相等，可見，懸線對懸點P的拉力大小保持不變，選項C正確．【答案】　C,二、動態(tài)平衡問題的分析方法所謂動態(tài)平衡問題是指通過控制某些物理量，使物體的受力發(fā)生

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

9、對物體受力分析后，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．若擋板逆時針緩慢轉(zhuǎn)到水平位置，在該過程中，擋板和斜面對小球的彈力的大小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】　取球為研究對象，球受重力G、斜面支持力F1、擋板支持力F2.因為球始終處于平衡狀態(tài)， 故

10、三個力的合力始終為零，三個力構(gòu)成封閉的三角形．擋板逆時針轉(zhuǎn)動時，F(xiàn)2的方向也逆時針轉(zhuǎn)動，F(xiàn)1的方向不變，作出如右圖所示的動態(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，如把線的長度縮短，則球?qū)€的拉力FT，對墻的壓力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D對．【答案】　D,三、隔離法與整體法選擇研究對象是解決物理問題的首要環(huán)節(jié)．在很多物理問題中，研究對象的選擇方案是多樣的．研究對象的選擇方法不同會影響求解的繁簡程度．對于連結(jié)體問題，如果能夠運(yùn)用整體法，我們優(yōu)先采用整體法，這樣涉及的研究對象少，未知量少，方程少，求解簡便；不計物體間相互作用的內(nèi)力，或物體系內(nèi)的物體的運(yùn)動狀態(tài)相同，一般首先考慮整體法，對于大多數(shù)動力學(xué)問題，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，為了使研究的問題得到簡化，常將研究對象從相互作用的物體中隔離出來，而其它物體對研究對象的影響一律以力來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題時，常把幾個相互作用的物體作為一個整體看成一個研究對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，以整體為研究對象可得f3＝5 N，

13、A與B之間無相對滑動趨勢，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項正確．【答案】　C,【解析】　物體P靜止不動，輕繩上拉力和P的重力平衡，故輕繩上拉力一定不變，D項正確．若開始時，Q有下滑趨勢，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，Q有上滑趨勢，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D正確．【答案】　D,四、物

14、體平衡中的臨界、極值類問題物體平衡的臨界問題：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)”．臨界問題的分析方法：極限分析法：通過恰當(dāng)?shù)剡x取某個物理量推向極端(“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，便于解答．,如右圖所示，物體放在水平面上，與水平面間的動摩擦因數(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：α角至

15、少為多大時，無論F為多大均不能推動物體(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)?,4．如右圖所示 ，A、B兩個帶有同種電荷的小球，質(zhì)量都是m，用兩根長為L的細(xì)絲線將這兩球吊于O點，當(dāng)把球A固定點O的正下方時，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．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)，主要考查考生對平衡問題的掌握程度，解答時能靈活運(yùn)用解題方法．三力平衡問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年高考全國卷Ⅰ)如右圖所示，一個半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O點為其球心，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，質(zhì)量為m1的小球與O點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，同時受到三個水平共點力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，下列說法中正確的是(　　),A．這三個力的合力可能為零B．F1、F2兩個力的合力大小可能為20 NC．若物體處于勻速直線運(yùn)動狀態(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)，所以這三個力的合力可能為零，A項正確；若物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動)，則某兩個力的合力必定與第三個力等大反向．C錯，D對．【答案】　ABD,2. 如右圖所示，輕繩上端固定在天花板上的O點，下端懸掛一

19、個重為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，輕繩與天花板的夾角為30°，B受到繩的壓力是(　　),【解析】　對物體A，根據(jù)平衡條件可知，繩子拉力FT＝10 N，B受到兩個方向夾角為120°的等大的兩個拉力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．【答案】　B,3．如下圖所示，物體m通過定滑輪牽引另一水平面上的物體沿斜面勻速下滑，此過程中斜面仍靜止，斜面質(zhì)量為M，則水平

20、地面對斜面體(　　),A．無摩擦力　　　　　　　　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對地面的壓力大小等于mgD．b對地面的壓力大小等于2mg【答案】　AD,5. 如右圖所示，小圓環(huán)A吊著一個質(zhì)量為m2的物塊并套在另一個豎直放置的大圓環(huán)上，有一細(xì)線一端拴在小圓環(huán)A上，另一端跨過固定在大圓環(huán)最高點B的一個小滑輪后吊著一個質(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，繩子又不可伸長，若平衡時弦AB所對應(yīng)的圓心角為α，則兩物塊的質(zhì)量之