高中物理 第4章 力与平衡章末整合课件 鲁科版必修1

第3节 力的平衡 第4节 平衡条件的应用
K12课件
1
情景导入
思维导图
在自然界中,物体存在的形
式是多种多样的,如矗立的
岩石,马路上加速的汽车,
匀速上升的电梯等等。我
们描述某些物体状态时常
用“平衡”这个词。日常生
活中哪些物体是平衡的?在
物理学中“平衡”这个词究
竟是什么含义呢?
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2
填一填
练一练
一、共点力作用下物体的平衡条件(见课本第89~90页) 1.平衡状态:如果一个物体保持静止或做匀速直线运动,则这个物体 就处于平衡状态。 2.共点力作用下的物体平衡条件:物体所受的合力为零,即F合=0。 3.力的平衡:作用在物体上的几个力的合力为零,这种情况叫做力的 平衡。
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3
填一填
练一练
() A.人受到的重力和气流对人向上的力 B.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力 C.人受到的重力和人对气流向下的力 D.人对气流向下的力和气流对人向上的力 解析:人处于静止状态,受到重力和气流对人向上的力,二力是一
对平衡力,故选A。 答案:A
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6
探究一
探究二
探究三
问题导引 名师精讲 典例剖析
于非平衡状态,故选项B错误,选项C正确;物体处于平衡状数无关,选项D错误。
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答案:C
探究一
探究二
探究三
问题导引 名师精讲 典例剖析
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探究一
探究二
探究三
问题导引 名师精讲 典例剖析
变式训练1 五个共点力在同一平面内作用于物体上,恰好使物 体处于平衡状态,以下说法不正确的是( )
一定与第三个力大小相等、方向相反,而且在同一条直线上。

(3)正交分解法——一般用于受力个数三个以时。
(4)图解法——一般用于受三个力,一个力恒定不变,一个力方向不变,另一
个力变化。
典例2 如图所示,质量为m1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的物体乙相连,轻
绳OA与竖直方向的夹角θ=37°,物体甲、乙均处于静止状态。已知
则有FAsin θ=FB
FAcos θ=m1g
解得
5
3
FA= m1g,FB= m1g。
4
4
(3)
(2)对乙受力分析有f=FB= 3 m1g,方向水平向左。
4
答案
5
(1)4m1g
3
(2) m1g
4
3
m
1g
4
方向水平向左
针对训练2
物块在轻绳的拉动下沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动,轻绳与斜面
3
平行。已知物块与斜面之间的动摩擦因数为 3 ,重力加速度
正确。

,斜面对滑块的支持力不可能为零,故C错误,D
2
方法技巧
受力分析时如何防止“多力”或“丢力”
(1)防止“多力”的有效途径是找出力的施力物体,若某力有施力物体则它实
际存在,无施力物体则它不存在。另外合力与分力不要重复分析。
(2)按正确的顺序(即一重、二弹、三摩擦、四其他)进行受力分析是保证
不“丢力”的有效措施。
kg,即A正确,B、C、
一、物体的受力分析
1.受力分析的方法:整体法与隔离法
方法
概念
选用
原则
整体法
将几个物体作为一个整体来分析的方法
研究系统外的物体对系统整体的作用力

选取球为 对球进行受力分析，作 根据有向线段的长度 思路点拨：研究对象 ⇨ 出受力的矢量三角形 ⇨ 变化判断力的变化
第十五页，共四十二页。
16
B [球受到重力 G、墙 AC 对球的弹力 N1′和板 BC 对球的支持力 N2′，如图甲所示．
甲
乙
在将板 BC 逐渐放至水平的过程中，球始终处于平衡状态，G、N1′、 N2′经过平衡可构成一系列封闭的矢量三角形，如图乙所示，由图乙可以 看出，N1′、N2′都逐渐减小．由力的相互作用可知，N1＝N1′，N2＝ N2′，所以 N1、N2 都逐渐减小．故选项 B 正确．]
第四页，共四十二页。
5
【例 1】 沿光滑的墙壁用网兜把一个足球挂在 A 点，如图所示，足 球的质量为 m，网兜的质量不计，足球与墙壁的接触点为 B，悬绳与墙壁 的夹角为 α，求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力．
思路点拨：①球处于静止状态，所受合外力为零． ②选取球为研究对象可采用合成法、分解法、正交分解法求解．
第二页，共四十二页。
3
合作探究 攻重难
第三页，共四十二页。
4
静态平衡 1．静态平衡的定义 静态平衡是指物体在共点力的作用下保持静止状态时的平衡． 2．静态平衡的理解 (1)运动学特征：处于静态平衡的物体速度为零． (2)平衡条件：处于静态平衡的物体所受的合力为零． (3)实例：日常生活中，三角形支架以其优越的平衡稳定性被广泛采 用．如：大型展览馆、体育馆屋顶的钢架结构，马路边的路灯支架，建筑 工地的塔吊支架等静态平衡装置大多采用三角形结构．
第十四页，共四十二页。
15
【例 2】 如图所示，把球夹在竖直墙 AC 和木板 BC 之间，不计摩 擦，球对墙的压力为 N1，球对木板的压力为 N2.在将木板 BC 逐渐放至水 平的过程中，下列说法正确的是( )

当 堂
达
合 间的夹角大小也适中，所以 B 正确，C、D 错误．
·
标
作
固
探 究
[答案] (1)BC (2)B
双 基
攻 重 难
返 首 页
·
21
·
自 主 预 习
探 新
【例 2】 在做“探究求合力的方法”实验时：
当
知
堂
(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧测力计、细绳、刻度尺、
达 标
·
合
作
固
探 图钉和铅笔)外，还必须有________和________．
探 新
橡皮条伸长，结点到达某一位置 O，记录下 O 点的位置，读出两个
当
知
堂
弹簧测力计的示数；
达 标
·
合
作
固
探
D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力 双
究
基
攻 重
F1 和 F2 的图示，并用平行四边形定则求出合力 F；
难
返 首 页
·
36
·
自
主
预
习
探
E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出
探 新
复做几次，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化．
当
知
堂
4．弹簧测力计夹角范围：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角
达 标
·
合
作
固
探 度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以 60°到 120°之间 双
究
基
攻 为宜．
重 难
返 首 页
·
14
·
自
主
预

方法二：整体法 乙以小球a、b和它们之间的连线 组成的整体为研究对象.这一整体 受到的外力有：重力m1g、m2g,外 加恒力F1、F2，上面细线的弹力T (方向未定)，其受力图如图乙所 示.由于F1、F2等大反向，互相抵 消.平衡时，细线弹力必与重力（m1+m2）g等大反向，即 细线应在竖直位置.故选A.
【所示.现对小球a施加一个向左偏下30°的恒力,对小球b施加 一个向右偏上30°的同样大的恒力,使系统达到平衡,下列图 中能表示平衡状态的是
【解析】选A.方法一:隔离法 对a、b分别进行受力分析,如图 甲所示. 对a:在水平方向有F1cos30°= T1cosθ+T2cosβ, 对b:在水平方向有T2′cosβ= F2cos30°, 因为T2=T2′,F1=F2,所以T1cosθ=0，而T1≠0，所以θ=90°. 故选A.
【典例1】（2011·南阳高一检测）在 粗糙水平地面上与墙平行放着一个截 面为半圆的柱状物体A，A与竖直墙之 间放一光滑圆球B，整个装置处于静止 状态.现对B加一竖直向下的力F，F的作用线通过球心，设墙 对B的作用力为F1，B对A的作用力为F2，地面对A的作用力为 F3.若F缓慢增大而整个装置仍保持静止，截面如图所示，在 此过程中
二、整体法与隔离法在平衡问题中的应用 1.整体法：把系统作为一个整体进行受力分析的方法叫整体 法.通常研究外力作用时使用整体法. 2.隔离法：把系统内其中一个物体隔离出来进行受力分析的 方法叫隔离法.通常研究内力作用时使用隔离法.使用隔离法 时尽量隔离受力少的物体. 实际问题中整体法与隔离法要结合起来灵活运用，通常先整 体后隔离.
一、动态平衡问题 所谓动态平衡问题，就是通过控制某一物理量，使物体的状 态发生缓慢变化.由于缓慢变化，可认为物体始终处于平衡 状态.分析动态平衡问题通常有两种方法. 1.解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡 方程，求出因变参量与自变参量的一般函数式，然后根据自 变参量的变化确定因变参量的变化. 2.图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定 则或三角形定则画出不同状态下的力的矢量图（画在同一个 图中），然后根据表示力的有向线段的长度变化判断各个力 的变化情况.

B.挡板对小球的压力先减小后增大
C.斜面对小球的支持力先减小后增大
D.斜面对小球的支持力一直逐渐减小
解析 取小球为研究对象,小球受到重力G、挡板对小球的支持力N1和斜面
对小球的支持力N2三个力作用,如图所示,N1和N2的合力与重力大小相等,
方向相反,N2总垂直接触面(斜面),方向不变,根据图解可以看出,在N1方向
(3)如图所示,某工人正在修理草坪,推力F与水平方向成α角,割草机沿水平
方向做匀速直线运动,则割草机所受阻力的大小为( B )
A.Fsin α

C.sin
B.Fcos α

D.cos
解析 割草机沿水平方向做匀速直线运动,四个力的合力为零,受力如图,则
有f=Fcos α。
重难探究·能力素养全提升
基础落实·必备知识全过关
一、物体的平衡状态
物体 静止 或做 匀速直线运动
时所处的状态。
二、共点力的平衡条件
1.共点力作用下物体平衡的条件是 合力为0 。
2.物体在多个共点力作用下处于平衡状态时,平移各力的作用线,使各力首
尾相接,必然会构成一个封闭的多边形。
三、物体处于共点力平衡状态的正交分解方法
正交分解法是根据需要分解,目的是把各力分解到相互垂直的
两个方向上去,便于在每条轴上运用代数运算来解决矢量的合成。
应用体验
【例题2】 在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小,其原理如
图所示。风力仪中一根轻质金属丝下悬挂着一个金属球,无风时,金属丝竖
直下垂;当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏离竖直方向一定角度。风
F合≠0,所以B、D错误。
(2)如图所示,一只气球在风中处于静止状态,风对气球的作用力水平向右。

专题一
专题二
专题三
解法二:解析法 对球受力分析如图所示,受重力G、墙对球的支持力N1'和木板对 球的支持力N2'而平衡, 而F=G, N1'=Ftan θ,
N2'=
������ , cos������
பைடு நூலகம்
所以N1'=Gtan θ。 ������ N2'= ,当木板BC逐渐放至水平的过程中,θ逐渐减小,所以由上 cos������ 式可知,N1'减小,N2'也减小,由牛顿第三定律可知,N1=N1',N2=N2',故 选项B正确。 答案:B
本章整合BENZHANG ZHENGHE
概念 力的合成 合成法则 合力范围 概念 分解法则 力的分解 平行四边形定则 三角形定则 效果分解法 分解方法 正交分解法 图解法 力与平衡 平衡状态 共点力 力的平衡 平衡条件→应用 不稳定平衡 平衡种类 稳定平衡 随遇平衡 实验目的 实验原理 实验:验证力的平行四边形定则 实验器材 实验过程 数据处理 匀速直线运动 静止 平行四边形定则 三角形定则
专题一
专题二
专题三
解析: 方法一:解析法 以结点O为研究对象,受力如图所示,由平衡条件可知mg、F的合 力与绳子的拉力T等大反向,F大小满足关系式F=mgtan θ,在物体缓 慢下降过程中,物体的受力情况及平衡状态保持不变,所以关系式 F=mgtan θ仍然成立,但θ逐渐减小,所以F也随之减小,f也随之减 小,N=mg不变。选项D正确。
专题一
专题二
专题三
变式训练1 如图所示,轻绳的一端系在质量为m的物体上,另一 端系在一个轻质圆环上,圆环套在粗糙水平杆MN上,现用水平力F 拉绳上一点,使物体处于图中实线位置,然后改变F的大小使其缓慢 下降到图中虚线位置,圆环仍在原来的位置不动,则在这一过程中, 水平拉力F、环与杆的摩擦力f和环对杆的压力N的变化情况是 ( ) A.F逐渐增大,f保持不变,N逐渐增大 B.F逐渐增大,f逐渐增大,N保持不变 C.F逐渐减小,f逐渐增大,N逐渐减小 D.F逐渐减小,f逐渐减小,N保持不变

主题 2:力的平衡与共点力的平衡 问题:(1)如图甲所示,用两根细绳将木杆两端悬挂起来,细 绳处于竖直状态,木杆受几个力作用?画出它的受力示意图。这几 个力是不是共点力?这几个力满足什么条件?
(2)如图乙所示,表面光滑、质量分布不均匀的圆柱体架在方 木块与竖直墙壁之间保持静止,圆柱体受到多少个力作用?这些 力是不是共点力?画出它的受力示意图。
答 2:两分力的方向,即沿 AO、BO 方向。
乙 【解析】 人对竖直绳的拉力 F 等于人的重力 G,由于该力的作 用使 AO、BO 也受到拉力的作用,因此 F 产生了沿 AO 方向、BO 方 向拉绳的分力 F1、F2,将 F 沿 AO 方向、BO 方向分解成两个分力, 如图乙所示,由画出的平行四边形可知:
主题 1:等效替代 情景:相传三国时期,有人送一头大象给当时的魏王曹操,曹 操得象后非常高兴,大宴群臣,突然曹操问众臣:“谁能称出此象 重量?”此时,曹操年仅六岁的儿子曹冲提出用许多石块代替大象, 借助船舷上刻度的标记,使石块与大象在船中产生等量的效果, 通过一次次称出石块的重量,使“大”转为“小”,然后“分而治 之”,从而得到大象的重量。这种巧妙的思维方法,实质上就是等 效替代。 问题:在中学物理中,除了力的合成和分解,还有哪些概念是 建立在等效概念基础上的?举一例说明。
解答:以重心为例,重心是一个等效力的作用点,物体每一部 分都要受到重力的作用,各部分受到的重力可以等效于一个力的 作用,这个力的大小等于各部分重力大小之和。这个力的作用点 就是重心。
知识链接:等效替代是物理学研究中常用的一种科学思维方 法,它是指事物间在某些方面的效果相同时,针对这一等同效果, 它们之间可以相互代替并保证结论不变。
2.如图甲、乙所示,光滑斜面的倾角均为θ,两个相同的小球, 分别用光滑挡板 A、B 挡住,挡板 A 沿竖直方向,挡板 B 垂直斜面, 则甲、乙图中两挡板受到小球的压力大小之比为 ,斜面 受到的两个小球的压力大小之比为 。

合作探究 攻重难
合力与分力的关系 1．合力与分力的三性
2．合力与分力的大小关系
两个力的合成
最大值 最小值
两分力同向时，合力最大，Fmax＝F1＋F2 两分力反向时，合力最小，Fmin＝|F1－F2|，其方向与较大 的一个分力方向相同
合力范围 |F1－F2|≤F≤F1＋F2 ①夹角 θ 越大，合力就越小；
A．木棒受 G、F1、F2 三个力作用 B．木棒受 G、F1、F2 和合力 F(F1 与 F2 的合力)四个力作用 C．因为 F1、F2 不是作用在棒的重心上，所以 F1、F2、G 不是共点力 D．因为 F1、F2、G 三个力的作用线相交于一点，所以 F1、F2、G 是共 点力
AD [对木棒进行受力分析，木棒受重力 G、两根绳子的拉力 F1、 F2 三个力作用，故 A 正确；F1、F2 是物体实际受到的力，而它们的合力 F 只是与 F1、F2 在作用效果上相等，合力 F 并不是物体实际受到的力， 故 B 错误；共点力的定义明确指出一个物体受到的力作用于物体上的同 一点或者它们的作用线交于一点，这样的一组力称为共点力，F1、F2、G 三个力的作用线相交于一点，所以 F1、F2、G 是共点力，故 C 错误，D 正确．]
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)作用在同一物体上的几个力一定是共点力．(×) (2)两个共点力共同作用的效果与其合力作用的效果相同．(√ ) (3)合力与分力是同时作用在物体上的力．(×) (4)两个力的合力一定大于其中任意一个分力．(× ) (5)合力与分力是一对平衡力．(× ) (6)多个共点力求合力时，平行四边形定则也适用．(√ )
3．两个共点力的大小均为 10 N，如果要使这两个力的合力大小也是
10 N，则这两个共点力间的夹角应为( )

F=_________。
|F1-F2|
2.互成角度的两个共点力的合成
(1)平行四边形定则:如图所示,以表示互成角度的两共点力的有向线段为
__________作__________,则__________的对角线所对应的这条有向线段
平行四边形
邻边
两邻边间
就表示这两个共点力的合力的大小和方向。
(2)多力合成的方法:用平行四边形定则先求出其中两个力的合力,然后再
解析 两个共点力合成,遵循平行四边形定则;两个力同向时合力最大,为F合
1=F1+F2=5
N,反向时合力最小,为F合2=F2-F1=1 N,即1 N≤F≤5 N,所以它
们的合力F大小不可能是6 N,故A符合题意。
探究二
力的合成
【情境探究】
两人同拉一辆车,如图所示,每人都用100 N的力拉。
(1)车受到的拉力一定是200 N吗?
把这个合力与第三个力合成。直到把所有外力都合成为止,最后得到这些
力的合力。
(3)平行四边形定则的适用范围:所有________合成都遵循平行四边形定则。
矢量
易错辨析判一判
(1)两个力的合力一定大于任一个分力。( × )
解析 合力与分力是等效替代的关系,合力在两个分力之差与两个分力之
和之间,合力不一定大于任意一个分力,也可能小于其中任意一个分力。
D.21 N
解析 F1、F2的合力范围是|F1-F2|≤F≤F1+F2,故7 N≤F≤23 N,不在此范
围的是25 N,应选择B选项。
3.如图所示,三个大小相等的力F,作用于同一点O,则合力最小的是( C )
本 课 结 束
对合力与分力的理解
【情境探究】