共点力的平衡及其应用PPT课件免费下载2023

沪科版 (2019)高中物理必修 第一册课文《共点力的平衡及其应用》,完整版PPT课件免费下载，优秀PPT背景图搭配，精美的免费ppt模板。轻松备课，欢迎免费下载使用。

一、【课程的主要内容】

1.静态平衡:物体处于静态平衡指的是物体受到的力的大小、方向不随时间的变化而变化。2.平衡条件的四个常用结论(1)二力作用平衡时,二力等大、反向、共线。(2)三力作用平衡时,任意两个力的合力与第三个力等大、反向、共线。(3)多力作用平衡时,任一个力与其他所有力的合力等大、反向、共线。(4)物体处于平衡状态时,沿任意方向上分力之和均为零。
例1(2020安徽安庆期末)如图所示,质量为m1=2 kg的物体甲通过三段轻绳悬挂,三段轻绳的结点为O,轻绳OB水平且B端与放置在水平面上的质量为m2=10 kg的物体乙相连,当轻绳OA与竖直方向的夹角θ=45°时,物体乙恰好处于静止状态。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2。求:(1)轻绳OA的拉力大小;(2)物体乙与地面间的动摩擦因数μ。
解析 (1)对结点O受力分析,根据共点力平衡得TA·cs θ=m1g解得TA=20 N
(2)由共点力平衡得TB=m1g对乙受力分析,则有TB=f=μm2g联立解得μ=0.2。
变式训练1如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心,一质量为m的小滑块在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为N,OP与水平方向的夹角为θ,重力加速度大小为g。下列关系正确的是( )
1.动态平衡:平衡问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向缓慢变化,所以叫动态平衡,这是力平衡问题中的一类题型。2.处理动态平衡问题的一般方法(1)解析法:①列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式。②根据已知量的变化情况确定未知量的变化情况。
(2)图解法:①适用情况:物体只受三个力作用,且其中一个力的大小、方向均不变,另一个力的方向不变,第三个力大小、方向均变化。②一般步骤:首先对物体进行受力分析,根据三角形定则将表示三个力的有向线段依次画出构成一个三角形(先画出大小方向均不变的力,再画方向不变的力,最后画大小、方向均变化的力),由题意改变大小、方向均变化的力的方向。由动态图解可知力的大小变化情况。(3)相似三角形法:利用力三角形和实物三角形相似进行求解。

二、【例题剖析】
例2质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O,如图所示。用T表示绳OA段拉力的大小,在O点向左移动的过程中( )A.F逐渐变大,T逐渐变大B.F逐渐变大,T逐渐变小C.F逐渐变小,T逐渐变大D.F逐渐变小,T逐渐变小
解析 以O点为研究对象,受力如图所示,当用水平向左的力缓慢拉动O点时,绳OA与竖直方向的夹角θ变大,由共点力的平衡条件知:
变式训练2如图所示,光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内,A端与水平面相切。穿在轨道上的小球在拉力F作用下,缓慢地由A向B运动,F始终沿轨道的切线方向,轨道对球的弹力为N。在运动过程中( )A.F增大,N增大B.F减小,N减小C.F增大,N减小D.F减小,N增大
解析 对小球进行受力分析,它受到重力、支持力和拉力的作用,如图所示,根据共点力平衡条件有:N=mgcs θ,F=mgsin θ,其中θ为支持力N与竖直方向的夹角,当小球向上移动时,θ变大,故N减小,F增大。
1.隔离法:为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况,一般要把这个物体隔离出来进行受力分析,然后利用平衡条件求解。2.整体法:当只涉及系统而不涉及系统内部某些物体的受力和运动时,一般可把整个系统看成一个物体,画出系统整体的受力图,然后利用平衡条件求解。注意:隔离法和整体法常常需要交叉运用,从而优化解题思路和方法,使解题简单明了。
例3(多选)如图所示,斜面体质量为M,倾角为θ,小方块质量为m,在水平推力F作用下,斜面体和小方块整体向左做匀速直线运动,各接触面之间的动摩擦因数都为μ,重力加速度为g,则( )A.斜面体对小方块的支持力大小为mgcs θB.地面对斜面体的支持力大小为(M+m)gC.斜面体对小方块的摩擦力大小为μmgcs θD.地面对斜面体的摩擦力大小为μMg
解析 以整体为研究对象,地面对斜面体的支持力大小为(M+m)g,根据摩擦力的计算公式可得地面对斜面体的摩擦力大小为f1=μ(M+m)g,故D错误,B正确;斜面体对小方块的摩擦力为静摩擦力,摩擦力大小为f2=mgsin θ,故C错误;斜面体对小方块的支持力等于小方块的重力垂直斜面的分力,大小为mgcs θ,故A正确。答案 AB
变式训练3有一个固定直角支架AOB,AO水平,表面粗糙,OB竖直,表面光滑。AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图所示)。现将P环向左移动一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P环的支持力F和摩擦力f的变化情况是( )A.F变小,f变大B.F不变,f变小C.F变大,f变大 D.F变大,f变小
解析 对小环Q受力分析,受到重力mg、支持力N和拉力T,如图甲所示,根据平衡条件得T= ,N=mgtan θ(也可用图解法分析),再对P、Q整体受力分析,受到总重力2mg、AO杆的支持力F、向右的静摩擦力f、OB杆的支持力N,如图乙所示,根据共点力平衡条件,有N=f,F=2mg,P环向左移一小段距离,θ变小,N变小,则静摩擦力f变小,AO杆的支持力F不变,故选项B正确。

三、【课堂练习】
1.如图所示,重物的质量为m,轻细绳OA的A端与轻细绳OB的B端是固定的,平衡时AO水平,BO与竖直方向的夹角为θ,重力加速度为g,则绳AO的拉力大小是( )A.mgcs θB.mgtan θC.mgsin θ
解析 对重物进行受力分析,如图所示,将力FA、FB合成,由平衡条件得
FBcs θ=mg,FBsin θ=FA,可知AO的拉力FA=mgtan θ,B正确,A、C、D错误。
2.如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上有一光滑挡板A,在挡板和斜面之间夹一质量为m的重球B,开始板A处于竖直位置,现使其绕O沿逆时针方向缓缓转至水平位置,斜面对球的支持力和挡板对球的弹力的变化情况是( )
A.斜面对小球的支持力逐渐减小,挡板对小球的弹力也逐渐减小B.斜面对小球的支持力逐渐变大,挡板对小球的弹力则逐渐减小
C.斜面对小球的支持力逐渐减小,挡板对小球的弹力先变小后变大D.斜面对小球的支持力逐渐减小,挡板对小球的弹力先变大后变小
解析 分析球的受力,受到重力mg、挡板对球的弹力FA及斜面对球的支持力FB,如图所示,球处于静止状态,弹力FA与FB的合力F的大小等于重力大小,方向竖直向上。在挡板绕O沿逆时针方向缓慢转至水平位置的过程中,可以看出表示弹力FA的边的长度先变小后变大,即弹力FA先变小后变大;表示支持力FB的边的长度一直变短,说明FB一直变小。
3.用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来,如图所示。对小球a持续施加一个水平向左的恒力,并对小球b持续施加一个水平向右的同样大小的恒力,最后达到平衡状态。下列选项中表示平衡状态的图可能是( )
解析 将两球及两球之间的细线看成一个整体,对整体受力分析如图所示,整体达到平衡状态。根据平衡条件可知整体受到a球上方的细线的拉力F线的大小等于a、b的重力大小之和,方向沿竖直方向,故细线必定沿竖直方向,故A正确。
4.(多选)如图所示,在粗糙水平面上放一质量为M的斜面体,质量为m的木块在竖直向上的力F作用下沿斜面匀速下滑,此过程中斜面体保持静止,重力加速度为g,则地面对斜面体( )A.无摩擦力B.有水平向左的摩擦力C.支持力大小为(M+m)gD.支持力小于(M+m)g