高中物理 第3章 研究物体间的相互作用 第5节 共点力的平衡条件学案(含解析)粤教版必修1

第五节 共点力的平衡条件

学 习 目 标 1.理解共点力作用下物体的平衡状态. 2.知道共点力的平衡条件. 3.掌握共点力作用下物体的平衡问题的处理方法. 知 识 脉 络

共点力的平衡

1.平衡状态:物体处于静止或者保持匀速直线运动的状态叫作平衡状态.

2.共点力的平衡:物体如果受到共点力的作用且处于平衡状态,就叫作共点力的平衡. 3.平衡条件:为了使物体保持平衡状态,作用在物体上的力所必须满足的条件,叫作共点力的平衡条件.

(1)二力平衡:物体在两个共点力作用下处于平衡状态,其平衡条件是这两个力大小相等、方向相反.

(2)物体在共点力作用下的平衡条件是所受合外力为零.

1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)在平直的高速公路上匀速行驶的汽车处于平衡状态. (2)用手拿一粒钢球,刚松手的瞬间,小球仍处于平衡状态. (3)合外力保持恒定的物体处于平衡状态.

2.若一个物体处于平衡状态,则此物体一定是( ) A.静止 C.做匀速直线运动

B.做匀加速直线运动 D.所受合外力为零

(√) (×) (×)

D [物体处于平衡状态是指物体保持匀速直线运动或静止,其合外力为零,加速度为零.所以选项D正确.]

3.一个重为20 N的物体置于光滑的水平面上,当用一个F=5 N的力竖直向上拉该物体时,如图所示,物体受到的合力为( )

A.15 N

B.25 N

- 1 -

C.20 N D.0

D [因竖直向上的拉力F小于物体的重力,故物体仍处于平衡状态,所受合力为零,故选项D正确.]

共点力的平衡条件 1.两种平衡情形 (1)物体在共点力作用下处于静止状态. (2)物体在共点力作用下处于匀速直线运动状态. 2.两种平衡条件的表达式 (1)F合=0.

??Fx合=0(2)? ?Fy合=0?

其中Fx合和Fy合分别是将所受的力进行正交分解后,物体在x轴和y轴方向上所受的合力. 3.由平衡条件得出的三个结论

【例1】 如图所示,物体A重400 N,A与桌面间的最大静摩擦力为120 N,AC绳水平,

OC绳与竖直方向的夹角为30°,当物体B重100 N时,求:A所受的摩擦力为多少?(g取10

m/s)

2

解析:结点C的受力如图所示,沿水平和竖直方向画出x轴和y轴,建立平面直角坐标系.

根据平衡条件得FCOsin 30°-FCA=0

FCOcos 30°-mBg=0

1003联立①②得FCA=mBgtan 30°= N=57.7 N<120 N

3物体A保持静止

A水平方向受到AC的拉力和桌面的静摩擦力的作用.

- 2 -

根据二力平衡,A受到的静摩擦力为

f=FCA=mAgtan 30°=100×

答案:57.7 N

3

N=57.7 N. 3

求解共点力平衡问题的一般步骤

(1)选取研究对象.

(2)对所选取的研究对象进行受力分析,并画出受力示意图.

(3)对研究对象所受的力进行处理,采用合成法(或分解法)、或者正交分解法,建立合适的直角坐标系,对各个力进行正交分解.

(4)由平衡条件列方程,Fx合=0,Fy合=0.

(5)应用解三角形的方法或利用方程组求解,必要时需对解进行讨论.

1.关于躺在死海中悠闲地阅读的人处于平衡状态的说法,正确的是( ) A.该人一定不受力的作用 B.该人一定没有加速度 C.该人一定没有速度 D.该人一定保持静止

B [该人受重力和浮力,二力平衡A错误;处于平衡状态的人的运动情况:可能静止,也可能在水中匀速漂动(直线运动),因此选项C、D错误.本题B项正确.]

整体法和隔离法 在选取研究对象时,为了弄清楚系统(连接体)内某个物体的受力情况,可采用隔离法;若只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的受力时,一般可采用整体法.

1.整体法:把两个或两个以上物体组成的系统作为一个整体来研究的分析方法;当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的受力时,一般可采用整体法.

2.隔离法:将所确定的研究对象从周围物体(连接体)系统中隔离出来进行分析的方法,其目的是便于进一步对该物体进行受力分析,得出与之关联的力.为了研究系统(连接体)内某个物体的受力时,通常可采用隔离法.

【例2】 质量分别为0.1 kg和0.2 kg的两物块A、B间用一根原长为L0=20 cm、劲度系数为k=10.0 N/m的轻弹簧相连,置于粗糙的水平面上如图所示.初始时弹簧处于原长状态,若两物块与水平面间的动摩擦因数均为μ=0.2,现要使A、B一起做匀速运动,

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