2022年高一物理 平衡條件的應(yīng)用教學(xué)案1 新人教版

2022年高一物理 平衡條件的應(yīng)用教學(xué)案1 新人教版突破思路本節(jié)教學(xué)中應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）物體處于平衡狀態(tài)，或者靜止或者是勻速直線運(yùn)動(dòng)，反過(guò)來(lái)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體就是處于平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)滿足的條件是合外力為零即無(wú)論哪個(gè)方向上的合力都是零（2）有關(guān)研究對(duì)象的選?。喝魡?wèn)題中只有一個(gè)物體，一個(gè)過(guò)程，研究對(duì)象沒(méi)有選擇余地，也就是研究這個(gè)物體和這個(gè)過(guò)程若問(wèn)題中是一個(gè)連接體，又有多個(gè)過(guò)程，首先研究誰(shuí)，再研究誰(shuí)；是研究一個(gè)物體為好還是研究多個(gè)物體為好，這在審題中需要認(rèn)真思考總的原則：首先被研究的應(yīng)該是受力最簡(jiǎn)、已知量足夠多的，這樣通過(guò)研究后又可將研究結(jié)果作為一個(gè)已知條件，為下一次研究創(chuàng)造條件（3）正交分解求解平衡體，建立坐標(biāo)軸的原則讓盡可能多的力在坐標(biāo)軸上；被分解的力盡可能是已知力，不宜分解待求力因一個(gè)待求力分解變成兩個(gè)待求力，給求解帶來(lái)很多不便（4）平衡分為靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡靜態(tài)平衡是指物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，動(dòng)態(tài)平衡指物體勻速運(yùn)動(dòng)，也可指在某方向上處于平衡狀態(tài) 規(guī)律總結(jié)規(guī)律：共點(diǎn)力平衡條件知識(shí)：共點(diǎn)力作用下平衡的應(yīng)用方法：用平衡條件解題的常用方法：（1）力的三角形法物體受同一平面內(nèi)三個(gè)互不平行的力作用平衡時(shí)，這三個(gè)力的矢量箭頭首尾相接，構(gòu)成一個(gè)矢量三角形，反之，若三個(gè)力矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形，則這三個(gè)力的合力必為零（2）力的合成法物體受三個(gè)力作用而平衡時(shí)，其中任意兩個(gè)力的合成必跟第三個(gè)力等大反向，可利用平行四邊形定則來(lái)求解（3）正交分解法建立合適的坐標(biāo)軸，使更多的力在坐標(biāo)軸上，將不在坐標(biāo)軸上的力分解，根據(jù)物體處于平衡，列出x、y軸上的平衡方程來(lái)求解 合作討論將兩腳左右分開，使兩足間的距離約為30cm左右你能從雙腳站立不變姿勢(shì)地改為單足站立嗎?試一試，并說(shuō)明可能或不可能的原因仔細(xì)體驗(yàn)一下，你是如何從雙足站立而變?yōu)閱巫阏玖⒌?我的思路：若保持雙腳站立的姿勢(shì)不變改為單足站立，是不可能的因?yàn)閮赡_左右分開，使兩足間的距離約為30cm左右，人體的重心和人體在同一個(gè)豎直面上，重心的作用線大致落在兩足中間假設(shè)單足站立能夠平衡，重心的作用線就轉(zhuǎn)移到一只腳上，在保持姿勢(shì)不變的情況下，是無(wú)法做到的從雙足站立而變?yōu)閱巫阏玖⒌模眢w應(yīng)逐漸傾斜，將重心轉(zhuǎn)移到一只腳上 思維過(guò)程平衡問(wèn)題的整體法和隔離法（1）“整體法”：把整個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)研究對(duì)象來(lái)分析（即當(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來(lái)考慮）（2）“隔離法”：把系統(tǒng)中各個(gè)部分（或某一部分）隔離作為一個(gè)單獨(dú)的研究對(duì)象來(lái)分析用平衡條件解題的常用方法：（1）力的三角形法物體受同一平面內(nèi)三個(gè)互不平行的力作用平衡時(shí)，這三個(gè)力的矢量箭頭首尾相接，構(gòu)成一個(gè)矢量三角形，反之，若三個(gè)力矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形，則這三個(gè)力的合力必為零（2）力的合成法物體受三個(gè)力作用而平衡時(shí)，其中任意兩個(gè)力的合成必跟第三個(gè)力等大反向，可利用平行四邊形定則來(lái)求解（3）正交分解法建立合適的坐標(biāo)軸，使更多的力在坐標(biāo)軸上，將不在坐標(biāo)軸上的力分解，根據(jù)物體處于平衡，列出x、y軸上的平衡方程來(lái)求解【例1】如圖521甲所示，質(zhì)量為m的物體，用水平細(xì)繩AB拉住，靜止在傾角為的固定斜面上，求斜面對(duì)物體支持力的大小圖521思路：本題主要考查，物體受力分析與平衡條件物體在斜面上受力如圖521乙，以作用點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，據(jù)平衡條件F0，即Fx0，F(xiàn)y0找準(zhǔn)邊角關(guān)系，列方程求解答案：以物體m為研究對(duì)象建立如圖乙所示坐標(biāo)系，由平衡條件得：Tcosmgsin0NTsinmgcos0聯(lián)立式解得Nmgcos【例2】如圖522中（1）所示，擋板AB和豎直墻之間夾有小球，球的質(zhì)量為m，問(wèn)當(dāng)擋板與豎直墻壁之間夾角緩慢增加時(shí)，AB板及墻對(duì)球壓力如何變化?圖522思路：本題考查當(dāng)角連續(xù)變化時(shí)，小球平衡問(wèn)題此題可以用正交分解法選定某特定狀態(tài)，然后，通過(guò)角的變化情況，分析壓力變化答案：由圖（2）知，G，N2（擋板對(duì)球作用力），N1墻壁對(duì)球作用力，構(gòu)成一個(gè)封閉三角形，且，封閉三角形在變化，當(dāng)增加到時(shí)，由三角形邊角關(guān)系知N1減小，N2減小新題解答【例1】如圖523中所示，用一個(gè)三角支架懸掛重物，已知AB桿所受的最大壓力為xxN，AC繩所受最大拉力為1000N，30°，為不使支架斷裂，求懸掛物的重力應(yīng)滿足的條件圖523解析：由圖523中（2）可知：F1FtanFtan30°，F(xiàn)2FsinFsin30°，所以F1F2sin30tan30°因?yàn)锳B、AC能承受的最大作用力之比為F1mF2mxx10002當(dāng)懸掛物重力增加時(shí)，對(duì)AC繩的拉力將先達(dá)到最大值，所以為不使三角架斷裂，計(jì)算中應(yīng)以AC繩中拉力達(dá)最大值為依據(jù)，即取F2F2m1000N，于是得懸掛物的重力應(yīng)滿足的條件為GmF2sin30°500N點(diǎn)評(píng)：在該類問(wèn)題中，一定要清楚當(dāng)物體的重力逐漸增大時(shí)，哪一個(gè)首先斷裂然后依據(jù)最先斷裂的物體來(lái)求物體的最大重力【例2】如圖524所示，細(xì)繩CO與豎直方向成30°角，A、B兩物體用跨過(guò)滑輪的細(xì)繩相連，已知物體B所受到的重力為100N，地面對(duì)物體B的支持力為80N，試求：圖524（1）物體A所受到的重力；（2）物體B與地面間的摩擦力；（3）細(xì)繩CO受到的拉力解析：如圖525所示，選取直角坐標(biāo)系據(jù)平衡條件得圖525fT1sin0，NT1cosmBg0對(duì)于定滑輪的軸心O點(diǎn)有T1sin一T2sin30°0，T2cos30°T1cosmAg0因?yàn)門1mAg，得60°，解方程組得（1）T140N，物體A所受到的重力為40N；（2）物體B與地面間的摩擦力fT1sin40sin60°34.6N；（3）細(xì)繩CO受到的拉力T2T1sinsin30°40sin60°sin30°69.3N點(diǎn)評(píng)：注意繩子上的拉力每處都相同，然后對(duì)物體進(jìn)行受力分析，根據(jù)正交分解可求待求的量變式練習(xí)一、選擇題1粗糙的水平面上疊放著物體A和B，A和B間的接觸面也是粗糙的，A和B間最大靜摩擦力為3N，A與地面間的最大靜摩擦力為4N，同時(shí)有F1N的兩個(gè)力分別作用于物體A和B上，則B對(duì)A的摩擦力大小為（）A1NB3N C6ND2N圖526解析：由于外力小于A和B間最大靜摩擦力以及A與地面間的最大靜摩擦力，所以B對(duì)A的摩擦力是靜摩擦力，應(yīng)該與外力等大反向答案：A2如圖527所示，3根質(zhì)量和形狀都相同的光滑圓柱體，它們的重心位置不同，擱在兩墻上，重心的位置分別是1、2、3標(biāo)出的位置，設(shè)、分別為圓柱體對(duì)墻的壓力，則（）ABCD解析：如果以圓柱體為研究對(duì)象，所受彈力的方向不變，都是垂直于接觸面過(guò)球心的，根據(jù)對(duì)稱性，這兩個(gè)接觸面的彈力應(yīng)該一樣大小由于重心位置不同，所以重力的作用點(diǎn)不同，但物體都是在重力和兩個(gè)彈力的作用處于平衡，所以可得出不管重心位置在哪，彈力的大小都應(yīng)該一樣答案：C3質(zhì)量為2kg的物體，受到一個(gè)平行于斜面向上、大小為7N的拉力F而靜止在傾角為37°的斜面上，若斜面與物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4，則物體受到的摩擦力是（）A5NB64NC8ND12N解析：由于物體是靜止的，所以靜摩擦力的大小應(yīng)該等于mgsin37°F20×0.675N還可知靜摩擦力的方向應(yīng)沿斜面向上答案：A4如圖528所示，物體受到與水平方向成30°角的拉力F作用向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則物體受到的拉力F與地面對(duì)物體的摩擦力的合力是（）A向上偏左B向上偏右C豎直向上D豎直向下圖528解析：由于物體作向左的勻速運(yùn)動(dòng)，所以如果將力F分解到水平和豎直方向上，水平方向的分力F1與摩擦力等大反向，只剩下豎直向上的分力F2，所以拉力F與摩擦力的合力是豎直向上的本題也可將物體所受的彈力與重力等效為一個(gè)豎直向下的力，這樣物體就受到三個(gè)力的作用，拉力F與摩擦力的合力應(yīng)該與第三個(gè)力等大反向答案：C5如圖529所示，位于斜面上的物塊在沿斜面向上的力的作用下，處于靜止?fàn)顟B(tài)，則斜面作用于物塊的靜摩擦力（）A方向可能沿斜面向上B方向可能沿斜面向下C大小可能等于零D大小可能等于F圖529解析：由于不知道力F的大小，所以摩擦力的方向A、B都有可能，如果Fmgsin，摩擦力就為零；如果Fmgsin，摩擦力的方向應(yīng)沿斜面向下；Fmgsin，摩擦力的方向應(yīng)沿斜面向上；如果mgsin2F，此時(shí)的摩擦力沿斜面向上等于力F的大小答案：ABCD6如圖530所示，人站在岸上通過(guò)定滑輪用繩牽引小船，若水的阻力恒定不變，則船在勻速靠岸的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）圖530A繩的拉力保持不變B繩的拉力不斷變大C船受到的浮力保持不變D船受到的浮力不斷減小解析：由于船是勻速運(yùn)動(dòng)，對(duì)船進(jìn)行受力分析，設(shè)繩子的拉力為了，繩子與水平方向的夾角為，F(xiàn)為船受的浮力，由于船是勻速運(yùn)動(dòng)，所以Tcosf，TsinFG，由于在變大，阻力f不變，所以繩子的拉力不斷變大，浮力不斷減小答案：BD二、非選擇題7如圖531所示，質(zhì)量為m的光滑球放在水平面AB上，并與AC接觸，則球?qū)B面的壓力大小為_，對(duì)AC面的壓力大小為_圖531解析：由于光滑的球處于平衡狀態(tài)，所以只受重力和AB面對(duì)其的彈力，而AC面沒(méi)有彈力，如果有彈力，球?qū)⒉粫?huì)是靜止的所以AB面對(duì)其彈力大小為mg，即球?qū)B面的壓力為mg答案：mg08物體靜止于傾角為的斜面上，當(dāng)斜面傾角變小時(shí)，物體受到的支持力變_（填“大”或“小”），靜摩擦力變_（填“大”或“小”）解析：支持力的大小為Nmgcos，靜摩擦力的大小為fmgsin，所以當(dāng)變小時(shí)，支持力變大，靜摩擦力變小答案：大小9三個(gè)力共同作用于同一物體，使物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，已知F19N，F(xiàn)210N，則F3的大小范圍是_，F(xiàn)3和F1的合力為_N，方向?yàn)開解析：F3的大小范圍應(yīng)該是F1與F2的合力范圍，其中任何一個(gè)力與剩余的兩個(gè)力的合力等大反向答案：1N19N10與F2方向相反10如圖532所示，一定質(zhì)量的物體在恒力F作用下，沿天花板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)與水平方向成角，物體與頂板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求物體對(duì)頂板的壓力和物體受到的摩擦力分別為多大?圖532解析：由于物體做勻速運(yùn)動(dòng)，所以合外力為零，物體受到重力、天花板給物體的彈力（豎直向下）、推力F及水平向右的摩擦力，所以fFcos，根據(jù)摩擦力是滑動(dòng)摩擦力，所以Nf/Fcos/，注意N不能寫成Fsinmg，因?yàn)轭}目中未給出物體的質(zhì)量m答案：NFcos，fFcos