共點力作用下物體的平衡
教學(xué)目標(biāo):
。
、圖解法、合成與分解法等常用方式解決平衡類問題。
,培養(yǎng)中學(xué)生處理熱學(xué)問題的基本技能。
教學(xué)重點:正交分解法的應(yīng)用
教學(xué)難點:受力剖析
教學(xué)方式:講練結(jié)合,計算機輔助教學(xué)
教學(xué)過程:
一、物體的平衡
物體的平衡有兩種情況:一是質(zhì)點靜止或做勻速直線運動,物體的加速度為零;二是物體不轉(zhuǎn)動或勻速轉(zhuǎn)動(此時的物體不能看作質(zhì)點)。
點評:對于共點力作用下物體的平衡,不要覺得只有靜止才是平衡狀態(tài),,靜止的物體一定平衡,,不要把速率為零和靜止?fàn)顟B(tài)相混淆,靜止?fàn)顟B(tài)是物體在一段時間內(nèi)保持速率為零不變,其加速度為零,而物體速率為零可能是物體靜止,也可能是物體做變速運動中的一個狀態(tài),加速度不為零。由此可見,靜止的物體速率一定為零,,靜止的物體一定處于平衡狀態(tài),但速率為零的物體不一定處于靜止?fàn)顟B(tài)。
其實,共點力作用下的物體只要物體的加速度為零共點力的平衡條件,它一定處于平衡狀態(tài),只要物體的加速度不為零,它一定處于非平衡狀態(tài)
二、共點力作用下物體的平衡
幾個力作用于物體的同一點,或它們的作用線交于同一點(該點不一定在物體上),這幾個力叫共點力。
在共點力作用下物體的平衡條件是合力為零,即F合=0或Fx合=0,Fy合=0
物體在三個互不平行的力的作用下處于平衡,則這三個力必為共點力。(表示這三個力的矢量首尾相接,恰能組成一個封閉三角形)
當(dāng)物體在兩個共點力作用下平衡時,這兩個力一定等值反向;當(dāng)物體在三個共點力作用下平衡時,常常采用平行四邊形定則或三角形定則;當(dāng)物體在四個或四個以上共點力作用下平衡時,常常采用正交分解法。
【例1】(1)下述哪組力作用在物體上,有可能使物體處于平衡狀態(tài)
,4N,8N,5N,1N
,7N,8N,9N,6N
(2)用手施水平力將物體壓在豎直墻面上,在物體仍然保持靜止的情況下
,物體受的靜磨擦力也加強
,物體受的靜磨擦力也減少
,與壓力大小無關(guān)
,它遭到的靜磨擦力總等于重力
(3)如右圖所示,鐵塊在水平桌面上,受水平力F1=10N,F2=3N而靜止,當(dāng)撤掉F1后,鐵塊仍靜止,則此時鐵塊受的合力為
,3N
,7N共點力的平衡條件,7N
解析:(1)CD在共點力作用下物體的平衡條件是合力為零,即F合=0。只有CD兩個選項中的三個力合力為零。
(2)CD物體仍然保持靜止,即是指物體仍然處于平衡狀態(tài),則據(jù)共點力作用下物體的平衡條件有
對物體受力剖析,如右圖
可得F=FN,Ff=G
(3)A撤掉F1后,鐵塊仍靜止,則此時鐵塊仍處于平衡狀態(tài),故鐵塊受的合力為0.
【例2】氫氣球重10N,空氣對它的壓強為16N,用繩捉住,因為受水平風(fēng)力作用,繩子與豎直方向成30°角,則繩子的拉力大小是,水平風(fēng)力的大小是.
解析:汽球遭到四個力的作用:重力G、浮力F1、水平風(fēng)力F2和繩的拉力F3,如圖所示由平衡條件可得
F1=G+°
F2=°
解得F3=NF1=2N
答案:4N2N
三、綜合應(yīng)用舉例
【例3】(2003年文綜)如圖甲所示,一個半球狀的碗放到桌面上,碗口水平,O點為其球心,碗的內(nèi)表面及碗口是光滑的。一根細(xì)線跨在碗口上,線的兩端分別系有質(zhì)量為m1和m2的小球,當(dāng)它們處于平衡狀態(tài)時,質(zhì)量為m1的小球與O點的連線與水平線的傾角為α=60°。兩小球的質(zhì)量比為
A.B.C.D.
點評:此題設(shè)計巧妙,考查剖析綜合能力和運用物理處理數(shù)學(xué)問題的能力,要求考生對于給出的具體例子,選擇小球m1為對象,剖析它處于平衡狀態(tài),再用幾何圖形處理問題,因而得出推論。
解析:小球受重力m1g、繩拉力F2=m2g和支持力F1的作用而平衡。如圖乙所示,由平衡條件得,F1=F2,,得。故選項A正確。
F2
F1
【例4】重G的光滑小球靜止在固定斜面和豎直擋板之間。若擋板逆秒針平緩轉(zhuǎn)入水平位置,在該過程中,斜面和擋板對小球的彈力的大小F1、F2各怎樣變化?
F1
F2
解:因為擋板是平緩轉(zhuǎn)動的,可以覺得每位時刻小球都處于靜止?fàn)顟B(tài),因而所受合力為零。應(yīng)用三角形定則,G、F1、F2三個矢量應(yīng)組成封閉三角形
