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胖肥市应本阳光实验学校§3 共点力作用下物体的平衡
教学目标：
1．理解共点力作用下物体的平衡条件。
2．熟练用正交分解法、图解法、合成与分解法常用方法解决平衡类问题。3．进一步熟悉受力分析的根本方法，培养学生处理力学问题的根本技能。教学：正交分解法的用 教学难点：受力分析
教学方法：讲练结合，计算机辅助教学 教学过程：
一、物体的平衡
物体的平衡有两种情况：一是质点静止或做匀速直线运动，物体的加速度为零；二是物体不转动或匀速转动〔此时的物体不能看作质点〕。
点评：对于共点力作用下物体的平衡，不要认为只有静止才是平衡状态，匀速直线运动也是物体的平衡状态．因此，静止的物体一平衡，但平衡的物体不一静止．还需注意，不要把速度为零和静止状态相混淆，静止状态是物体在一段时间内保持速度为零不变，其加速度为零，而物体速度为零可能是物体静止，也可能是物体做变速运动中的一个状态，加速度不为零。由此可见，静止的物体速度一为零，但速度为零的物体不一静止．因此，静止的物体一处于平衡状态，但速度为零的物体不一处于静止状态。
总之，共点力作用下的物体只要物体的加速度为零，它一处于平衡状态，只要物体的加速度不为零，它一处于非平衡状态
二、共点力作用下物体的平衡 1．共点力
几个力作用于物体的同一点，或它们的作用线交于同一点〔该点不一在物体上〕，这几个力叫共点力。
2．共点力的平衡条件
在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零，即F合＝0或Fx合＝0，Fy合＝03．判理
物体在三个互不平行的力的作用下处于平衡，那么这三个力必为共点力。〔表示这三个力的矢量首尾相接，恰能组成一个封闭三角形〕
4．解题方法
当物体在两个共点力作用下平衡时，这两个力一值反向；当物体在三个共点力作用下平衡时，往往采用平行四边形那么或三角形那么；当物体在四个或四个以上共点力作用下平衡时，往往采用正交分解法。
【例1】〔1〕以下哪组力作用在物体上，有可能使物体处于平衡状态 A．3N，4N，8N B．3N，5N，1N C．4N，7N，8N D．7N，9N，6N
〔2〕用手施水平力将物体压在竖直墙壁上，在物体始终保持静止的情况下
A．压力加大，物体受的静摩擦力也加大 B．压力减小，物体受的静摩擦力也减小 C．物体所受静摩擦力为值，与压力大小无关
D．不管物体的压力改变与否，它受到的静摩擦力总于重力
〔3〕如以下图所示，木块在水平桌面上，受水平力F1 =10N，F2 =3N而静止，当撤去F1后，木块仍静止，那么此时木块受的合力为
A．0 B．水平向右，3N
C．水平向左，7N D．水平向右，7N
解析：〔1〕CD 在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零，即F合＝0。
只有CD两个选项中的三个力合力为零。
〔2〕CD
物体始终保持静止，即是指物体一直处于平衡状态，那么据共
点力作用下物体的平衡条件有
对物体受力分析，如以下图 可得F = FN ，Ff = G
〔3〕A 撤去F1后，木块仍静止，那么此时木块仍处于平衡状态，故木块受的合力为0．
【例2】氢气球重10 N，空气对它的浮力为16 N，用绳拴住，由于受水平风力作用，绳子与竖直方向成30°角，那么绳子的拉力大小是__________，水平风力的大小是________.
解析：气球受到四个力的作用：重力G、浮力F1、水平风
力F2和绳的拉力F3，如下图由平衡条件可得
F1=G+F3cos30° F2=F3sin30°
解得 F3=
F1G
cos30
43N F1=23N
答案：43N 23N
三、综合用举例
1．静平衡问题的分析方法
【例3】(理综)如图甲所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O
点为其球心，碗的内外表及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上，线的两端分
别系有质量为m1和m2的小球，当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与O点
的连线与水平线的夹角为α=60°。两小球的质量比m2
m为
1
A．
33
B．
23
C．
32
D．
22
点评：此题设计巧妙，考查分析综合能力和运用数学处理物理问题的能力，要求考生对于给出的具体事例，选择小球m1为对象，分析它处于平衡状态，再用几何图形处理问题，从而得出结论。
解析：小球受重力m1g、绳拉力F2=m2g和支持力F1的作用而平衡。如图乙所示，由平衡条件得，F1= F2，2F2cos30mm23
1g，得
m
。应选项A13
正确。
2．动态平衡类问题的分析方法
【例4】 重G的光滑小球静止在固斜面和竖直挡板之间。假设挡板逆时针缓慢转到水平位置，在该过程中，斜面和挡板对小球的弹力F1
的
大小F1、F2各如何变化？
2
F1
G
F解：由于挡板是缓慢转动的，可以认为每F2
个时刻小球都处于静止状态，因此所受合力为零。用三角形
那么，G、F1、F2G
三个矢量组成封闭三角形，其中G的大小、方
向始终保持不
变；F1的方向不变；F2的起点在G的终点处，而终点必须在F1所在的直线上，由作图可知，挡板逆时针转动90°过程，F2矢量也逆时针转动90°，因此F1逐渐变小，F2先变小后变大。〔当F2⊥F1，即挡板与斜面垂直时，F2最小〕
点评：力的图解法是解决动态平衡类问题的常用分析方法。这种方法的优点是形象直观。
【例5】如图7所示整个装置静止时，绳与竖直方向的夹角为30º。AB连线与OB垂直。假设使带电小球A的电量加倍，带电小球B重稳时绳的拉力多大？【解析】小球A电量加倍后，球B仍受重力G、绳的拉力T、力F，但三力的方向已不再具有特殊的几何关系。假设用正交分解法，设角度，列方程，很难有结果。此时改变思路，并比拟两个平衡状态之间有无必然联系。于是变正交分解为力的合成，注意观察，不难发现：AOB与FBT′围成的三角形相似，那么有：AO/G=OB/T。说明系统处于不同的平衡状态时，拉力T大小不变。由球A电量未加倍时这一特殊状态可以得到：T=Gcos30º。球A电量加倍平衡后，绳的拉力仍是Gcos30º。
点评：相似三角形法是解平衡问题时常遇到的一种方法，解题的关键是正确的受力分析，寻找力三角形和结构三角形相似。
3．平衡问题中的极值分析
【例6】跨过滑轮的轻绳两端，分别系着物体A和物体B，物体A放在倾角为θ的斜面上〔如图l—4－3〔甲〕所示〕，物体A的质量为m ，物体A与斜面的动摩擦因数为μ(μθ)，滑轮的摩擦不计，要使物体A静止在斜面上，
求物体B的质量的取值范围。
解析：先选物体B为研究对象，它受到重力mBg和拉力T的作用，根据平衡条件有：
T=mBg ①
再选物体A为研究对象，它受到重力mg、斜面支持力N、轻绳拉力T和斜面的摩擦力作用，假设物体A处于将要上滑的临界状态，那么物体A受的静摩擦力最大，且方向沿斜面向下，这时A的受力情况如图〔乙〕所示，
根据平衡条件有：
N-mgcosθ＝0 ② T-fm- mgsinθ＝0 ③
由摩擦力公式知：fm=μN ④ 以上四式联立解得mB=m(sinθ＋μcosθ)
再假设物体A处于将要下滑的临界状态，那么物体A受的静摩擦力最大，
本文来源：https://www.wddqxz.cn/56e128d99dc3d5bbfd0a79563c1ec5da51e2d655.html
2022-04-30
