共点力作用下物体的平衡
教学目标:
。
、图解法、合成与分解法等常用方式解决平衡类问题。
,培养中学生处理热学问题的基本技能。
教学重点:正交分解法的应用
教学难点:受力剖析
教学方式:讲练结合,计算机辅助教学
教学过程:
一、物体的平衡
物体的平衡有两种情况:一是质点静止或做匀速直线运动,物体的加速度为零;二是物体不转动或匀速转动(此时的物体不能看作质点)。
点评:对于共点力作用下物体的平衡,不要觉得只有静止才是平衡状态,,静止的物体一定平衡,,不要把速率为零和静止状态相混淆,静止状态是物体在一段时间内保持速率为零不变,其加速度为零,而物体速率为零可能是物体静止,也可能是物体做变速运动中的一个状态,加速度不为零。由此可见,静止的物体速率一定为零,,静止的物体一定处于平衡状态,但速率为零的物体不一定处于静止状态。
其实,共点力作用下的物体只要物体的加速度为零共点力的平衡条件,它一定处于平衡状态,只要物体的加速度不为零,它一定处于非平衡状态
二、共点力作用下物体的平衡
几个力作用于物体的同一点,或它们的作用线交于同一点(该点不一定在物体上),这几个力叫共点力。
在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即F合=0或Fx合=0,Fy合=0
物体在三个互不平行的力的作用下处于平衡,则这三个力必为共点力。(表示这三个力的矢量首尾相接,恰能组成一个封闭三角形)
当物体在两个共点力作用下平衡时,这两个力一定等值反向;当物体在三个共点力作用下平衡时,常常采用平行四边形定则或三角形定则;当物体在四个或四个以上共点力作用下平衡时,常常采用正交分解法。
【例1】(1)下述哪组力作用在物体上,有可能使物体处于平衡状态
,4N,8N,5N,1N
,7N,8N,9N,6N
(2)用手施水平力将物体压在竖直墙面上,在物体仍然保持静止的情况下
,物体受的静磨擦力也加强
,物体受的静磨擦力也减少
,与压力大小无关
,它遭到的静磨擦力总等于重力
(3)如右图所示,铁块在水平桌面上,受水平力F1=10N,F2=3N而静止,当撤掉F1后,铁块仍静止,则此时铁块受的合力为
,3N
,7N共点力的平衡条件,7N
解析:(1)CD在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即F合=0。只有CD两个选项中的三个力合力为零。
(2)CD物体仍然保持静止,即是指物体仍然处于平衡状态,则据共点力作用下物体的平衡条件有
对物体受力剖析,如右图
可得F=FN,Ff=G
(3)A撤掉F1后,铁块仍静止,则此时铁块仍处于平衡状态,故铁块受的合力为0.
【例2】氢气球重10N,空气对它的压强为16N,用绳捉住,因为受水平风力作用,绳子与竖直方向成30°角,则绳子的拉力大小是,水平风力的大小是.
解析:汽球遭到四个力的作用:重力G、浮力F1、水平风力F2和绳的拉力F3,如图所示由平衡条件可得
F1=G+°
F2=°
解得F3=NF1=2N
答案:4N2N
三、综合应用举例
【例3】(2003年文综)如图甲所示,一个半球状的碗放到桌面上,碗口水平,O点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m1和m2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m1的小球与O点的连线与水平线的倾角为α=60°。两小球的质量比为
A.B.C.D.
点评:此题设计巧妙,考查剖析综合能力和运用物理处理数学问题的能力,要求考生对于给出的具体例子,选择小球m1为对象,剖析它处于平衡状态,再用几何图形处理问题,因而得出推论。
解析:小球受重力m1g、绳拉力F2=m2g和支持力F1的作用而平衡。如图乙所示,由平衡条件得,F1=F2,,得。故选项A正确。
F2
F1
【例4】重G的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。若挡板逆秒针平缓转入水平位置,在该过程中,斜面和挡板对小球的弹力的大小F1、F2各怎样变化?
F1
F2
解:因为挡板是平缓转动的,可以觉得每位时刻小球都处于静止状态,因而所受合力为零。应用三角形定则,G、F1、F2三个矢量应组成封闭三角形
