力的平衡3

1、,第3節(jié) 力的平衡,,[自學(xué)教材],1．平衡狀態(tài) 如果一個物體保持 或做 ，則這個物體就處于平衡狀態(tài)。 2．共點力作用下物體的平衡條件 物體所受的合力為 ，即F合＝0。,靜止,勻速直線運動,零,3．力的平衡 (1)力的平衡：作用在物體上的幾個力的合力為 ，這種情況叫做力的平

2、衡。 (2)二力平衡條件：作用于物體上的兩個共點力大小 ，方向 ，作用在同一直線上。 (3)三力平衡條件：三個共點力平衡時，任意兩個力的 必定與 大小相等、方向相反，在同一直線上。,零,相等,相反,合力,第三個力,感悟平衡之美,圖1：蘑菇石,圖2：商場電梯上的人,圖3：遠古巨石,圖4：平穩(wěn)飛行的飛機,提出

3、問題： 在自然界物體存在的形式是多種多樣的。矗立的巖石和各類建筑，馬路上逐漸加速的汽車，勻速上升的電梯上站立的人，繞太陽運轉(zhuǎn)的地球等等。我們描述某些物體狀態(tài)時常用“平衡”這個詞。大家能否聯(lián)想一下自己的日常生活中的例子，哪些物體是平衡的？在物理學(xué)中“平衡”這個詞究竟是什么含義呢？,物體處于靜止或者做勻速直線運動的狀態(tài)叫平衡狀態(tài)，這里包括速度恒為零的靜止?fàn)顟B(tài)，是一種靜態(tài)的平衡；也包括運動間的平衡，即速度不為零、但大小方向都不變的

4、勻速直線運動狀態(tài)。,那么力的平衡要滿足什么條件呢？,尋找共點力的平衡條件 ：,根據(jù)力的合成法則，任意兩個力的合力與第三個力大小相等，方向相反，作用在同一直線上。據(jù)此，三個以上的共點力最終都可以等效簡化為兩個共點力。,推廣：物體在共點力作用下的平衡條件是所受合力為零。即F合＝0,,推論：當(dāng)物體處于平衡時，它所受的某一個力與其余的力的合力等值反向。,一、平衡狀態(tài),1、定義：在共點力作用下，物體保持靜止或勻速直線運動，我們就說物體處

5、于平衡狀態(tài)。注：1）保持靜止的含義 2）狀態(tài)相對地面而言思考：豎直上拋到最高點的物體是否處于平衡狀態(tài)？,2、物體的平衡條件：,作用在物體上的所有力的合力為0. 即F合=0,[重點詮釋],1．平衡狀態(tài)的理解 (1)從動力學(xué)的角度理解：處于平衡狀態(tài)的物體所受的合外力為零。反過來講，物體受到的合外力為零，它一定處于平衡狀態(tài)。 (2)從運動學(xué)的角度理解：平衡狀態(tài)的物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)

6、，此種狀態(tài)其加速度為零。即處于平衡狀態(tài)的物體加速度為零，反過來講，加速度為零的物體一定處于平衡狀態(tài)。,(3)靜態(tài)平衡與動態(tài)平衡：①靜態(tài)平衡是處于靜止?fàn)顟B(tài)的平衡，合力為零。②動態(tài)平衡是勻速直線運動狀態(tài)的平衡，合力為零。 (4)平衡狀態(tài)和平衡條件不同：①平衡狀態(tài)指物體的勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)，平衡條件是指要使物體保持平衡狀態(tài)時，作用在物體上的力要滿足的條件。②力的平衡是作用在同一物體上的幾個力所滿足的一種關(guān)系，物體的平衡是物

7、體所處的一種狀態(tài)。力的平衡是物體平衡的條件，物體平衡是力的平衡的結(jié)果。,2．平衡條件的理解 (1)共點力的平衡條件是F合＝0。 (2)從以下四方面理解共點力作用下物體的平衡條件。 ①若物體在兩個力同時作用下處于平衡狀態(tài)，則這兩個力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上，其合力為零，這就是初中學(xué)過的二力平衡。 ②物體在三個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，任意兩個力的合力與第

8、三個力等大、反向。,1．關(guān)于平衡狀態(tài)，下列說法正確的是 (　　)A．物體的速度在某一時刻等于零時，就一定處于平衡 狀態(tài)B．物體相對另一物體保持靜止時，一定處于平衡狀態(tài)C．物體所受合外力為零時，就一定處于平衡狀態(tài)D．物體相對另一物體勻速運動時一定處于平衡狀態(tài),解析：物體在某時刻速度為零，其所受合力不一定為零，故不一定處于平衡狀態(tài)，A錯；物體相對另一物體靜止，相對地面不一定靜止，故不一定處于平衡狀態(tài)，B錯；合外力為

9、零是平衡條件，C對；物體相對另一物體勻速運動，但相對地面不一定是勻速，故不一定處于平衡狀態(tài)，D錯。答案：C,[自學(xué)教材],1．平衡的種類 (1)穩(wěn)定平衡：物體受到外力的微小擾動而偏離平衡位置時，在重力作用下能自動回到原來的位置，繼續(xù)保持平衡狀態(tài)，這種平衡叫穩(wěn)定平衡。 (2)不穩(wěn)定平衡：物體受到外力的微小擾動而偏離平衡位置時，它的重心降低，由于重力的作用不能自動回到原平衡位置，這種平衡叫不穩(wěn)定平衡。,(3

10、)隨遇平衡：物體受到外力的微小擾動而偏離平衡位置時，物體的重心既不降低也不升高，始終保持平衡狀態(tài)的平衡。 2．穩(wěn)度指的是物體的穩(wěn)定程度 物體的穩(wěn)度大小由 的高低和 的大小兩個因素決定，重心越低，支持面越大，穩(wěn)度就越 。,重心,支持面,大,2.平衡種類和穩(wěn)度,（1）平衡種類:,,1.穩(wěn)定平衡,2.不穩(wěn)定平衡,3.隨遇平衡,（2）,提高穩(wěn)度的方法：,,

11、降低重心,增大支持面,2．如圖所示，羽毛球A、B、C以不同方式放置在水平桌面上，則A、B、C分別屬于哪類平衡？ (　　),A．不穩(wěn)定平衡、隨遇平衡、穩(wěn)定平衡B．穩(wěn)定平衡、不穩(wěn)定平衡、隨遇平衡C．隨遇平衡、穩(wěn)定平衡、不穩(wěn)定平衡D．穩(wěn)定平衡、隨遇平衡、不穩(wěn)定平衡解析：當(dāng)羽毛球稍微偏離平衡位置時，A球的重心會升高，能自動回到原來的平衡位置，繼續(xù)保持平衡狀態(tài)，屬于穩(wěn)定平衡；B球的重心會降低，會失去平衡，不能重新回到原平衡位置，屬于

12、不穩(wěn)定平衡；C球的重心既不升高也不降低，始終保持平衡狀態(tài)，屬于隨遇平衡。所以選項B正確。答案：B,[自學(xué)教材],1．物體的靜態(tài)平衡 物體在力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，稱為靜態(tài)平衡，處于靜態(tài)平衡的物體所受的外力的 為零。 2．物體在某方向的平衡 運動的物體在某一方向上所受的 為零時，在該方向處于平衡狀態(tài)。,合力,合力,平衡條件的應(yīng)用:,物體靜態(tài)平

13、衡,物體在某方向上的平衡:,一、物體的靜態(tài)平衡,1.概念：物體在力的作用下處于靜止的平衡狀態(tài)，稱為靜態(tài)平衡,2、受力特點：處于靜態(tài)平衡的物體所受共點力的合力為零,二、物體的動態(tài)平衡,1.概念：物體在力的作用下處于勻速直線運動的平衡狀態(tài)，我們稱之稱為動態(tài)平衡,2、受力特點：處于動態(tài)平衡的物體所受共點力的合力為零,[重點詮釋],1．動態(tài)平衡的理解 (1)所謂動態(tài)平衡問題，就是通過控制某些物理量，使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的

14、變化，而在這個過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài)。所遇到的題目往往是保持其中一個力的大小和方向都不變，第二個力的方向保持不變，來分析第三個力方向變化時，第二個和第三個力的大小變化情況。,(2)動態(tài)平衡的分析方法： ①解析法：對研究對象的任一狀態(tài)進行受力分析，建立平衡方程，求出應(yīng)變參量與自變參量的一般函數(shù)式，然后根據(jù)自變參量的變化確定應(yīng)變參量的變化。 ②圖解法：對研究對象進行受力分析，再根據(jù)平行四邊形定則

15、或三角形定則畫出不同狀態(tài)下的力的矢量圖(畫在同一個圖中)，然后根據(jù)有向線段(表示力)的長度變化判斷各個力的變化情況。,2．求共點力平衡問題的基本方法 (1)合成與分解法 三個力的平衡問題，一般合成任意兩個力，則該合力與第三個力等大反向；或?qū)⑵渲心硞€力沿另外兩個力的反方向分解，從而得到兩對平衡力。(2)正交分解法 物體所受的合力為零，則在任意一個方向上物體所受的合力都為零，把物體所受各力正交分解后，平衡條件可表示為Fx合

16、＝0，F(xiàn)y合＝0。,3．應(yīng)用平衡條件解題的一般步驟 (1)選取研究對象。平衡問題中，研究對象常有三種情況： ①單個物體?？蓪⑵涫艿降母髁Φ淖饔命c都畫到物體的幾何中心上。 ②多個物體(系統(tǒng))。在分析外力對系統(tǒng)的作用時，用整體法；在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用時，用隔離法，其關(guān)鍵是找出各物體之間的聯(lián)系，相互作用力是它們相互聯(lián)系的紐帶。,③物體的結(jié)點。繩與繩、繩和棒之間的結(jié)點常常是處理平衡問

17、題的關(guān)鍵研究對象。 (2)對研究對象進行受力分析，并作出受力示意圖。 (3)依據(jù)平衡條件列出力的平衡方程。 (4)求解方程，并對結(jié)果做必要的討論。,3．如圖所示的圖示中哪些是靜態(tài)平衡，哪些是動態(tài)平衡？,解析：根據(jù)動態(tài)平衡和靜態(tài)平衡的概念，(1)和(2)中的物體A均做勻速直線運動，所以都是動態(tài)平衡，(3)中物體A向上運動時受重力作用，合力不為零，不是平衡狀態(tài)，(4)中物體A處于靜止?fàn)顟B(tài)

18、，是靜態(tài)平衡。答案：(4)是靜態(tài)平衡，(1)、(2)是動態(tài)平衡,三、物體受力分析的方法,隔離法：,,把某物體從眾多的物體中隔離出來，作為研究對象。分析時，只分析周圍物體對它的作用力，而不分析它對周圍物體的作用力。,整體法：,把幾個運動狀態(tài)一樣的物體看作一個物體去作研究對象。方法同隔離法一樣。,受力分析的步驟,1、先畫已知力；,2、再畫重力、電場力、磁場力；,3、找接觸面，畫接觸力（彈力、摩擦力）；,4、若物體運動狀態(tài)一致，可把物體視為

19、一個質(zhì)點，把作用點集中到質(zhì)點上；,5、檢查有無漏力、錯力。,受力分析的注意事項,1、物體所受的力都有其施力物體，否則該力不存在；,2、受力分析時，只考慮根據(jù)性質(zhì)命名的力；,3、對于摩擦力應(yīng)充分考慮物體與接觸面是否有相對運動和相對運動趨勢；,4、受力分析時，要抓主要矛盾，忽略次要矛盾；,5、根據(jù)物體的運動狀態(tài)去檢查物體的受力情況。,練習(xí)題,1、如下圖所示，A、B兩物體保持相對靜止，且一直在水平地面向右作勻速運動，試分析A、B的受力。,A,

20、B,F,V,2、畫出下列情況，在地面上A、B、C三物體的受力圖。,（1）A、B、C保持相對靜止。,（2）在B物上向右加一恒力F，A、B、C仍保持相對靜止。,（3）在A物上向右加一恒力F，A、B、C一起向右作勻速運動。,ABC,[例1]　下列屬于平衡狀態(tài)的物體是 (　　) A．高速公路上勻速直線行駛的汽車 B．百米競賽中運動員的起跑瞬間 C．隕石進入大氣層受到很大阻力劃出一條亮線而減速

21、 D．乘客在加速的列車中靜止不動 [思路點撥]　根據(jù)平衡狀態(tài)的運動學(xué)特征和力學(xué)特征分析判斷。,[解析]　根據(jù)平衡狀態(tài)的特征勻速或靜止，或者說加速度等于零，A選項中的汽車是平衡狀態(tài)，B、C、D均不是，故選A。[答案]　A,(1)判斷物體是否處于平衡狀態(tài)，可依據(jù)平衡條件，也可以利用平衡狀態(tài)的定義。 (2)物體在某時刻速度雖然為零，但物體不一定處于平衡狀態(tài)；若物體相對于另一物體靜止，且具有共同的加速

22、度，則物體也不處于平衡狀態(tài)。,1．下列選項中物體不是處于平衡狀態(tài)的是 (　　)A．沿固定在地面上的斜面勻速下滑的物體B．豎直向上拋出的物體到達最高點的瞬間C．飛機在空中水平勻速飛行D．勻速降落的跳傘運動員,解析：物體處于平衡狀態(tài)的兩種形式是靜止和勻速直線運動，平衡條件是所受合力為零，故A、C、D正確，豎直向上拋出的物體在最高點時，速度雖然等于零，但仍受重力，不處于平衡狀態(tài)，B錯誤。答案：B,[例2]如圖所示，重力一定的物

23、塊P用兩根輕繩懸在空中，其中繩OA方向固定不動，繩OB在豎直平面內(nèi)由水平方向向上轉(zhuǎn)動，則在繩OB由水平方向轉(zhuǎn)至豎直方向的過程中，繩OB的張力的大小將 (　　)A．一直變大　　　　　　B．一直變小C．先變大后變小 D．先變小后變大,[思路點撥]　解此題的關(guān)鍵有三點：(1)正確畫出平衡時的受力分析圖。(2)分析某一力變化的特點及邊、角變化的情況。(3)根據(jù)平行四邊形邊長的變化定性判斷力的變化。,[解

24、析]　用力的平行四邊形定則得拉力F1、F2的合力F豎直向上、大小不變，總等于G，拉力F2方向不變，F(xiàn)1與水平方向的夾角逐漸增大，如圖，由平行四邊形定則作出的圖示看出OB繩的拉力F1先變小后變大，OA繩的拉力F2逐漸減小。 [答案]　D,圖解法分析動態(tài)平衡問題的基本過程是：對研究對象在狀態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進行受力分析，依據(jù)某一參量的變化(一般為某一角度)，在同一圖中作出物體在若干狀態(tài)下的平衡受力圖(力的平行四邊形

25、或三角形)，再由力的平行四邊形或三角形的邊長變化及角度變化確定某些力的大小及方向的變化情況。,例2中，當(dāng)滿足什么條件時，OB中張力最?。孔钚≈禐槎啻?？解析：由動態(tài)分析圖可知， 當(dāng)OB與OA垂直時，繩OB中張力最小，由幾何關(guān)系知最小值為Tmin＝mgsin θ。答案：見解析,[例3]　沿光滑的墻壁用網(wǎng)兜把一個足球掛在A點，如圖所示。足球的質(zhì)量為m，網(wǎng)兜的質(zhì)量不計，足球與墻壁的接觸點為B，懸繩與墻壁的夾角為α。求懸繩對球的拉力和墻

26、壁對球的支持力。,[思路點撥]　本題屬于三力靜態(tài)平衡問題，可以根據(jù)任意兩個力的合力與第三力等大反向求解，也可以根據(jù)力的分解法求解，還可以用正交分解法求解。,[解析]　法一：用合成法求解選足球作為研究對象，它受重力G＝mg、墻壁的支持力N和懸繩的拉力F1三個共點力作用而平衡，由共點力平衡的條件可知，N和F1的合力F與G大小相等、方向相反，即F＝G，由圖可求得,法三：用正交分解法求解 選足球作為研究對象，它受重力

27、G、墻壁的支持力N、懸繩拉力F1，如圖所示。 取水平方向為x軸，豎直方向為y軸，將F1分別沿x軸和y軸方向進行分解。由平衡條件可知，在x軸和y軸方向上的合力Fx合和Fy合應(yīng)為零，即,三力平衡最重要的推論是三個力中任意兩個力的合力必與第三個力等大、反向、共線。借助直角三角形、相似三角形及三角函數(shù)關(guān)系求解，亦可利用先分解再合成的正交分解法求解。,2.如圖所示，某同學(xué)在地面上拉著一個質(zhì)量為m＝30 kg的木箱勻速前進