高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力5 共点力的平衡优秀课件ppt

教学过程

1.新课导入

受力分析是物理科目整个高中阶段最重要也是最难的知识点之一，高中阶段大部分知识点对应得题型都首先要受力分析，即便是电学部分。所以掌握受力分析学好高中物理的基础和关键。

2.讲授新知

1)        受力分析基础

在本章节的受力分析问题，一般都是在受平衡力的前提条件下，分析物体所受到的力，然后进行相应求解。通常我们需要分析的是：

①     物体受到了哪些力（力的个数）

②     每个力的方向往哪边（力的方向）

③     再使用力的合成和分解的相关知识点来求解相对应力的大小（力的大小）。

在受力分析的过程中，遵循的一般顺序为：重力弹力摩擦力其它力

例.下列物体的受力分析，错误的是（　　）

A． 放在水平面上的木块  B． 挂在天花板上的小球

C． 静止在斜面上的木块  D． 被细线拉住的氢气球

A图 B图 C图 D图

答案：C。

解析： C选项，静止在斜面上的木块，没有受到沿斜面向下的力F，木块有向下滑动的趋势是由于重力产生的，实际上向下的下滑力F是不存在的。故C选项错误，其他选项都是正确的，本题选择错误的，故选择C选项。

2)        受力分析---整体法和隔离法

整体法和隔离法使用的时候一般对应着多个物体的受力分析，换言之，整体法和隔离法在多个物体受平衡力时是非常好用的。

         使用条件：两（多）个物体加速度a相同（包括方向）

         注：两个物体加速度都为0也适用。

         使用技巧：整体法求加速度a，隔离法求相互作用力

例.如图所示，A、B静止叠放在水平地面上，则地面受到的压力等于（　　）

A．A的重力  B．B的重力

C．A和B的重力之和  D．无法求解

答案：C

解析：AB都静止，加速度都为0，满足整体法和隔离法的使用条件。

将AB看作一个整体，如右图所示，则它受到重力和支持力的作用，二力平衡，所以地面的支持力等于AB的总重力，根据牛顿第三定律，地面受到的压力等于AB的重力之和。故选C选项。

例.（多选）物体b在力F作用下将物体a压向光滑的竖直墙壁，如图，此时a处于静止状态，下列说法正确的是（　　）

A．F增大时，a受的摩擦力大小不变

B．F增大时，a受的摩擦力增大

C．F减小时，a一定处于静止状态

D．地面对b的支持力等于ab重力之和

答案：AD

解析：ab都静止，加速度都为0，满足整体法和隔离法的使用条件。

将ab看作一个整体，如右图所示，竖直方向受到重力和支持力的作用，二力平衡，所以地面对b的支持力等于ab的总重力，D选项正确。

对a使用隔离法，a竖直方向受到重力和b对a的静摩擦力作用，F增大，a受到的静摩擦力大小不变，A选项正确，B选项错误；F减小a可能会发生滑动，C选项错误。选AD。

例.质量分别为2m和3m的A、B两个物体，用两块相同的木板夹在中间，两个物体处于静止状态，若物体和木板表面的粗糙程度都相同，则下列说法正确的是（　　）

A．A物体给B物体向上的摩擦力

B．A物体给B物体向下的摩擦力

C．A、B两个物体之间无摩擦力

D．A物体对木板摩擦力为2mg

答案：A

解析：AB都静止，加速度都为0，满足整体法和隔离法的使用条件。

将AB看作一个整体，如右图所示，竖直方向受到重力和两个摩擦力的作用，3力平衡，因为粗糙程度相同， 与是完全等价的两个力，即=2.5mg，所以D选项错误;

对B使用隔离法，B竖直方向受到重力3mg和板对B向上的静摩擦力2.5mg作用,这两个力不能平衡，所以A给B一个向上的摩擦力，大小为0.5mg。

选A。

3)        受力分析之矢量三角形

若一个物体在3个力的作用下处于平衡状态，那么可以通过力（矢量）的平移构造出如此的一个矢量三角形，这样一个矢量三角形代表物体所受合力为0，即为受平衡力

4)        受力分析之动态平衡

动态平衡问题是受力分析问题里面比较难的一个专题，在近些年间时常出现在高考当中，是高考的一个热门考点。

动态问题中一般涉及到一个支持面的缓慢平动或转动，在高中阶段，缓慢的意思就是运动得足够慢，速度可以忽略不计，由此可始终将研究对象视为受平衡力。

在动态平衡的问题中，因为始终将研究对象视为受平衡力，所以研究对象在任意位置受到的3个力都可以通过平移构造出如图这样彼此首尾相连的闭合矢量三角形。

在这个矢量三角形中，边的方向代表对应力的方向，边的长度代表对应力的大小，那么我们就可以根据矢量三角形边的变化来判断对应力的变化。

动态平衡的特点：

①       有一个恒力（这个力一般为重力）

②       另有一个力方向恒定。

注：两个条件要同时满足

例.如图所示，一个光滑的圆球，放在倾角为的固定斜面上，用一竖直挡板挡住，处于静止状态。现缓慢的让竖直挡板顺时针转动到水平方向。设斜面对球的作用力为，挡板对球的作用力为，在此过程中（　　）

A．减小，先减小再增大 B．先减小再增大，减小

C．减小，减小 D．增大，增大

答案：A

解析：对光滑球进行受力分析，如图所示

光滑球受到重力，斜面的支持力和挡板的支持力，由平衡条件可知，和的合力与大小相等，方向相反，根据力的合成图可知，缓慢让竖直挡板顺时针转动到水平方向的过程中，逐渐减小，先减小后增大，当和垂直时，最小，A正确，BCD错误。

故选A。

例.（多选）半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的竖向挡板MN，在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于静止状态，如图所示是这个装置的截面图，若用外力使MN保持竖直且缓慢地向右移动，在Q落到地面以前，发现P始终保持静止，在此过程中，下列说法中正确的是（　　）

A．Q所受的合力逐渐增大   B．MN对Q的弹力逐渐增大

C．地面对P的摩擦力逐渐增大  D．P、Q间的弹力先减小后增大

答案：BC

解析：A．物体Q始终处于平衡状态，所受合力为零，大小不变，故A错误；

BD．对Q进行受力分析

物体Q受到MN的弹力、物体P对Q的弹力，物体Q的重力G1，处于平衡状态，根据平衡条件得

，

当挡板MN保持竖直缓慢向右移动时，增大，所以MN对Q的弹力逐渐增大，物体P对Q的弹力增大，B正确，D错误；

C．又因在Q落到地面以前，发现P始终保持静止，把P、Q看成整体受力分析，受重力、地面的支持力、地面的摩擦力和MN的支持力，如图

根据共点力平衡条件：，，

所以地面对P的摩擦力逐渐增大，故C正确。

故选BC。

5)        受力分析之相似三角形

相似三角形是受力分析问题里面比较抽象的一个专题，并且它对应的题型没有什么特定的特点，依靠我们去寻找构造其中的相似关系，然后求解。

相似三角形也是矢量三角形的一个应用。这种题型可以出得比较简单，能一眼看出其中相似关系，有时又会需要多次分析，人为构造找出其中的相似关系。

例.(多选)如图所示，轻绳与轻杆的质量均可忽略，轻杆端用铰链固定，滑轮在点正上方（滑轮大小及摩擦均可不计），端悬挂一重物。现将轻绳的一端拴在杆的端，绕过定滑轮后在另一端用拉力将端缓慢上拉，在杆达到竖直前的过程中（　　）

A．杆受力大小不变  B．拉力一直减小

C．杆受力一直减小  D．拉力先减小后增大

答案:AB

解析：力平移构成的矢量三角形和三角形AOB相似，则：

= = ，因为重物的重力G是个常数，AO是定长，则： = 常数，

在上拉过程中：BO减小，则绳子的拉力F减小，AB也是定长，则的大小不变。故选AB。

例.（多选）如图所示，仅上表面光滑的半球形物体放在粗糙水平面上，光滑小环D固定在半球形物体球心O的正上方，轻质弹簧一端用轻质细绳固定在A点，另一端用轻质细绳穿过小环D与放在半球形物体上的小球P相连，DA水平。现将细绳固定点A向右缓慢平移的过程中（小球P未到达半球最高点前且半球体始终不动），下列说法正确的是（　　）

A．弹簧变长                  B．小球对半球的压力不变

C．地面对半球体的摩擦力减小  D．地面对半球体的支持力减小

解析：力平移构成的矢量三角形，连接PO，则矢量三角形和三角形OPD相似，所以：

= = ，因为重物的重力G是个常数，OD是定长，则： = 常数，

在上拉过程中：PD减小，则绳子的拉力F减小，弹簧变短，A选项错误。

PO也是定长，则的大小不变，它对半球产生的水平方向推力减小，摩擦力减小。

故选择B选项，C选项错误。故选择B选项。

6)        受力分析之死杆和活杆问题

•            活杆：杆可以绕着支点上下转动（如图甲）。

活杆只能提供或者受到沿着杆方向的力。

•            死杆：也就是固定杆（如图乙），它是被固定在一个面的，不能发生运动。

在高中阶段我们一般认为这种杆是刚性杆，也就是不考虑它发生形变，所以死杆可以提供或者受到任意方向的力。

例.（多选）甲图中， 轻杆AB一端与墙上的光滑的铰链连接，另一端用轻绳系住，绳、杆之间夹角为30°，在B点下方悬挂质量为m的重物。乙图中，轻杆CD一端插入墙内，另一端装有小滑轮，现用轻绳绕过滑轮挂住质量为m的重物，绳、杆之间夹角也为30°。甲、乙中杆都垂直于墙，两图中重物都静止，则下列说法中正确的是（　　）

A．与轻杆AB连接的铰链受到杆的弹力大小为

B．轻杆CD上的小滑轮受到杆的弹力大小为mg

C．两根杆中弹力方向均沿杆方向

D．若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同，则物体加重时，乙中轻绳更容易断裂

解析：甲图中，是一个典型的活杆，活杆提供的力一定沿着杆的方向，取B点为研究对象有：

根据三角函数易得：F=，T=2mg;

乙图中，是一个典型的死杆，并且杆上有一定滑轮，则T=mg。

T与mg的夹角为120°，它们的合力大小为mg，方向在它们角平分线上，所以滑轮提供的力和它们的合力等大反向。故AB正确，C选项错误，D选项甲绳子力大，更容易断。选择AB选项。

课后作业

配套练习

板书设计

教学反思