2019-2020年高中物理 第四章 物體的平衡 第1節(jié) 共點(diǎn)力作用下物體的平衡教案 教科版必修1.doc

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2019-2020年高中物理 第四章 物體的平衡 第1節(jié) 共點(diǎn)力作用下物體的平衡教案 教科版必修1 【課前預(yù)習(xí)】 一、共點(diǎn)力作用下物體的平衡狀態(tài) 　物體在共點(diǎn)力的作用下，保持靜止或做勻速直線運(yùn)動，我們就說這個物體處于平衡狀態(tài)． 二、共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件 1．平衡條件：要使物體保持平衡狀態(tài)，作用在物體上的力必須滿足一定的條件，這個條件叫平衡條件． 2．共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是：F合＝0.作用在物體上的幾個力的合力為零，叫做力的平衡． 3．當(dāng)物體受到多個共點(diǎn)力(在同一平面內(nèi))的作用時，可用正交分解的方法，將各個力沿選定的直角坐標(biāo)分解，如沿x軸方向的合力為零，沿y軸方向的合力也為零，則物體處于平衡狀態(tài)，平衡條件可寫成Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0. 　想一想： 處于平衡狀態(tài)的物體的加速度和所受合外力具有什么特點(diǎn)？ 答案　處于平衡狀態(tài)的物體速度不發(fā)生變化(v＝0或v＝常數(shù))，加速度為0；因?yàn)閍＝0，根據(jù)牛頓第二定律知，F(xiàn)合＝0. 教學(xué)目標(biāo) 1．閱讀教材，觀看視頻，認(rèn)識共點(diǎn)力作用下物體的平衡的兩種類型； 2．通過實(shí)驗(yàn)探究，理解共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件； 3．通過實(shí)例分析，會應(yīng)用平衡條件解決相應(yīng)問題。 重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件 難點(diǎn)：應(yīng)用共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件解決問題 設(shè)計(jì)思想 通過實(shí)際（生產(chǎn)生活中）的例子來說明怎樣的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，使學(xué)生全面理解平衡狀態(tài)——靜止或勻速直線運(yùn)動．共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件在實(shí)際中的應(yīng)用，是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)．對于不同類型的平衡問題，如何依據(jù)平衡條件建立方程，對于學(xué)生來說是學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)．(平衡系統(tǒng)中取一個物體為研究對象，即隔離體法處理；取二個以上物體為研究對象，即整體法處理．建立方程時可利用矢量三角形法或多邊形法的合成和正交分解法來處理．) 本節(jié)例題的教學(xué)重在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)分析方法．由于學(xué)生已經(jīng)掌握了動力學(xué)問題的一般分析方法，教學(xué)時可先回顧動力學(xué)問題的分析方法，然后引導(dǎo)學(xué)生遷移到靜力學(xué)問題中去．本節(jié)例題代表了兩種典型的靜力學(xué)問題．建議教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生做出小結(jié)． 教學(xué)資源 多媒體課件 演示物體一個、彈簧秤若干 教學(xué)設(shè)計(jì) 【課堂引入】 從高聳的山峰、凌空托起的巨石到我們腳下的大地；從摩天高樓、電視塔到家庭中的家具，擺設(shè)，無一不處于平衡狀態(tài)。 問題：上述三幅圖中物體的受力有什么特點(diǎn)？ 學(xué)生回答： 小結(jié)：共點(diǎn)力： 物體同時受幾個力的作用，如果這幾個力都作用于物體的同一點(diǎn)或者它們的作用線交于同一點(diǎn)，這幾個力叫共點(diǎn)力． 【課堂學(xué)習(xí)】 學(xué)習(xí)活動一：認(rèn)識物體的平衡 問題一：下列三幅圖中共同的特點(diǎn)是什么？ 學(xué)生討論： 小結(jié)：平衡狀態(tài)：物體保持靜止或勻速運(yùn)動狀態(tài)（或有固定轉(zhuǎn)軸的物體勻速轉(zhuǎn)動）． 說明：這里的靜止需要二個條件，一是物體受到的合外力為零，二是物體的速度為零，僅速度為零時物體不一定處于靜止?fàn)顟B(tài)，如物體做豎直上拋運(yùn)動達(dá)到最高點(diǎn)時刻，物體速度為零，但物體不是處于靜止?fàn)顟B(tài)，因?yàn)槲矬w受到的合外力不為零． 問題二：判斷：以下物體是否處于平衡狀態(tài)? (1) 天花板下懸掛的靜止的吊扇。 (2) 粗糙斜面上靜止的木塊。 (3) 光滑水平面上勻速直線滑動的冰塊。 (4) 沿斜面勻速直線下滑的鐵箱。 (5) 豎直上拋到最高點(diǎn)的籃球。 (6) 拿在手上鉛球，松手的瞬間。 學(xué)生訓(xùn)練： 多媒體展示： 問題三．思考：靜止與平衡狀態(tài)，速度為零與靜止的區(qū)別． 交流討論：靜止?fàn)顟B(tài)是物體在一段時間內(nèi)保持速度為零不變，其加速度為零；而物體速度為零可能是物體靜止，也可能是物體做變速運(yùn)動中的一個狀態(tài)，加速度不為零． 由此可見，靜止的物體速度一定為零，但速度為零的物體不一定靜止． 因此，靜止的物體一定處于平衡狀態(tài)，但速度為零的物體不一定處于平衡狀態(tài)． 學(xué)習(xí)活動二：探究平衡條件 問題一： 我們在初中學(xué)習(xí)中知道，當(dāng)物體在二個力的作用下處于平衡狀態(tài)時，這二個力一定是等值、反向、共線。那么如果物體的受力在三個以上時，其平衡條件又如何呢？ 【理論分析】：物體處于平衡狀態(tài)時加速度等于零即a=0，根據(jù)牛頓第二定律可知： 物體受到的合外力為零．即F合=0 【實(shí)驗(yàn)探究】用彈簧秤先測演示物體的重量G 再用兩個彈簧秤向上成一角度提起演示物體，使其保持靜止?fàn)顟B(tài). 讀出彈簧秤的示數(shù) 板畫：物體的受力圖示，根據(jù)力的平行四邊形定則，求出合力. 結(jié)果：在誤差允許范圍內(nèi)，合力為零. 分組實(shí)驗(yàn)：按已經(jīng)準(zhǔn)備分好的組（A、B、C搭配）分組進(jìn)行，教師巡回指導(dǎo). a.一個彈簧秤提起某物保持靜止. a1受力分析 a2 F合 b.兩個彈簧秤提起重物保持靜止 b1受力分析 b2畫出力的圖示 b3應(yīng)用平行四邊形定則求F合. 抽查同學(xué)驗(yàn)證結(jié)果. 小結(jié)：共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件：物體受到的合外力為零．即F合=0 問題二：勻質(zhì)桿AB一端由懸繩連接到天花板，繩與天花板間的夾角為θ，另一端支撐在地面上，如圖所示．若繩對A點(diǎn)的拉力為T，則地面對桿的摩擦力為_________；在圖上準(zhǔn)確地畫出地面對B點(diǎn)的作用力F的方向． 學(xué)生訓(xùn)練： 交流討論： 小結(jié)：平衡條件推論 1．三力匯交原理：當(dāng)物體受到三個非平行的共點(diǎn)力作用而平衡時，這三個力必交于一點(diǎn) 2．物體受到N個共點(diǎn)力作用而處于平衡狀態(tài)時，取出其中的一個力，則這個力必與剩下的（N-1）個力的合力等大反向。 3、三個力作用于物體使物體平衡，則這三個力的圖示必構(gòu)成封閉的三角形。 4、若采用正交分解法求平衡問題，則其平衡條件為：FX合=0，F(xiàn)Y合=0； 問題三、如圖所示，在繞過兩個定滑輪的繩子的兩端懸掛兩個物體，它們分別重15 N和20 N。在兩個滑輪之間的繩上懸掛一個物體 A，當(dāng)a = 90 時，這三個物體都處于平衡狀態(tài)。求 A 物體的重力。 學(xué)生訓(xùn)練： 學(xué)習(xí)活動三：平衡條件的應(yīng)用 問題1．如圖所示，細(xì)繩CO與豎直方向成30角，A、B兩物體用跨過滑輪的細(xì)繩相連，已知物體B所受到的重力為100N，地面對物體B的支持力為80N，試求： （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。 [分析]此題是在共點(diǎn)力作用下的物體平衡問題， 據(jù)平衡條件∑Fx=0，∑Fy=0，分別取物體B和定滑輪為研究對象，進(jìn)行受力情況分析，建立方程。 [解]：如圖所示，選取直角坐標(biāo)系。據(jù)平衡條件得：f-T1sinα=0， N＋T1cosα-mBg=0。 　　對于定滑輪的軸心O點(diǎn)有：T1sinα-T2sin30=0， T2cos30-T1cosα-mAg=0。 　　 因?yàn)門1=mAg，得α=60，解方程組得 　?。?）T1=40N，物體A所受到的重力為40N； 　　（2）物體B與地面間的摩擦力 f＝T1sinα=40sin60≈34.6N； 　?。?）細(xì)繩CO受到的拉力 [說明]：在本題中，我們選取定滑輪的軸心為研究對象，并認(rèn)定T1與mAg作用在這點(diǎn)上，即構(gòu)成共點(diǎn)力，使問題得以簡化。 小結(jié)： 1．當(dāng)物體受到多個共點(diǎn)力(在同一平面內(nèi))的作用時，也可用正交分解的方法，將各個力沿選定的直角坐標(biāo)軸分解(建立直角坐標(biāo)系時，一般盡量使更多的力落在坐標(biāo)軸上，以減少分解力的個數(shù))，然后根據(jù)Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0列式求解． 2．運(yùn)用共點(diǎn)力平衡條件解題的步驟 (1)選取研究對象． (2)對所選取的研究對象進(jìn)行受力分析并畫出受力分析圖． (3)對研究對象所受的力進(jìn)行處理，或合成或分解或正交分解． (4)根據(jù)F合＝0或Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0列方程求解． 問題2：如圖所示，一個重為G的圓球，被一段細(xì)繩掛在豎直光滑墻上，繩與豎直墻的夾角為α，則繩子的拉力和墻壁對球的彈力各是多少？ 學(xué)生訓(xùn)練展示多種解法 小結(jié)：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)三個互不平行的力作用平衡時，這三個力的矢量箭頭首尾相接，構(gòu)成一個矢量三角形；反之，若三個力矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形，則這三個力的合力必為零．利用三角形法，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識可求得未知力． 2、力的合成法： 物體受三個力作用而平衡時，其中任意兩個力的合力必跟第三個力等大反向，可利用力的平行四邊形定則，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識求解． 3、正交分解法： 將各個力分別分解到X軸上和y軸上，運(yùn)用兩坐標(biāo)軸上的合力等于零的條件，多用于三個以上共點(diǎn)力作用下的物體的平衡．值得注意的是，對x、y方向選擇時，盡可能使落在x、y軸上的力多；被分解的力盡可能是已知力，不宜分解待求力． 【課堂小結(jié)】 【自主測評】 1．下列哪組力作用在物體上，有可能使物體處于平衡狀態(tài)( ) A．3 N，4 N，8 N B．3 N，5 N，1 N C．4 N，7 N，8 N D．7 N，9 N，6 N 2．用手施水平力將物體壓在豎直墻壁上，在物體始終保持靜止的情況下( ) A．壓力加大，物體受的靜摩擦力也加大 B．壓力減小，物體受的靜摩擦力也減小 C．物體所受靜摩擦力為定值，與壓力大小無關(guān) D．不論物體的壓力改變與否，它受到的靜摩擦力總等于重力 3．如圖所示，木塊在水平桌面上，受水平力F1=10 N，F(xiàn)2=3 N而靜止，當(dāng)撤去F1后，木塊仍靜止，則此時木塊受的摩擦力為 A．0 B．水平向右，3 N C．水平向左，7 N D．水平向右，7 N 4．（1）重300 N的木箱放在光滑的水平地面上，一個人用200 N的力F作用在木箱上，方向與水平方向成30斜向上，當(dāng)木箱沿地面運(yùn)動時，地面對木箱的支持力為______N. （2）質(zhì)量相同的甲和乙疊放在水平面上，用力F拉乙，使甲、乙一起勻速運(yùn)動，此時，設(shè)甲與乙之間的摩擦力為F1，乙與地之間的摩擦力為F2，則F1=______，F(xiàn)2=______. 5．如圖所示，當(dāng)用大小為20 N，方向與水平成37的力F推物體時，恰能使重15 N的重物靠在墻上不下滑，問： （1）此時物體所受摩擦力是多大？ （2）當(dāng)推力方向不變，大小為22 N時，物體與墻之間的摩擦力是多少？ （3）欲使物體與墻壁間不存在摩擦力，則推力大小應(yīng)變?yōu)槎啻螅? 參考答案 1. CD 2.CD 提示：本題中，物體始終保持靜止，即是指物體一直處于平衡狀態(tài)，則據(jù)共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件有 F合=0 對物體受力分析，如右圖 可得F=FN，F(xiàn)f=G 3．B 提示：靜摩擦力始終等于使物體發(fā)生相對運(yùn)動趨勢的力. 4．（1）200 N 提示：豎直方向上合力為零（2）F1=0 F2=F 5．（1）3 N，沿墻向上 （2）1.8 N，沿墻向上 （3）25 N 課堂反饋 1．物體處于平衡狀態(tài)的條件是( ) A．物體只有受到大小相等、方向相反、作用在同一直線上的兩個力作用時，才處于平衡狀態(tài) B．物體只受一個力的作用，也可能處于平衡狀態(tài) C．物體所受的合力為零，一定處于平衡狀態(tài) D．在共點(diǎn)力作用下的物體，如果所受合力為零，一定處于平衡狀態(tài) 2．某人想用力F豎直向上提起地面上的重物，重物沒被提起，下面說法正確的是( ) A．由于力F小于物體的重力，所以物體所受的合力不等于零 B．地面所受的壓力大小等于物體的重力和拉力的差值 C．物體受重力和地面對物體的支持力是互相平衡的力 D．力F和地面所受壓力互相平衡 3．三段不可伸長的細(xì)繩OA，OB，OC能承受的最大拉力相同，它們共同懸掛一重物，如圖所示，其中OA是水平的，A端、B端固定．若逐漸增加C端所掛物體的質(zhì)量，則最先斷的繩( ) A．必定是OA B．必定是OB C．必定是OC D．可能是OB，也可能是OC 4．如圖所示，木塊B重160 N，它與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.2，最大靜摩擦力為40N，為了保持系統(tǒng)平衡，細(xì)繩上所系的最重的重物A的重力為( ) A．40 N B．32 N C．160 N D．20 N 5．如圖所示，質(zhì)量為M的凹形槽沿斜面勻速下滑，現(xiàn)將質(zhì)量為m的砝碼輕輕放入槽中，下列說法正確的是( ) A．M和m一起加速下滑 B．M和m一起減速下滑 C．M和m一起勻速下滑 D．條件不足，無法確定 6．一個物體在共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài)，那么這個物體一定保持______。 7．放在斜面上的一個物體，當(dāng)斜面傾角為θ時，它能沿斜面勻速下滑，那么，物體和斜面之間的動摩擦因數(shù)μ______。 8．物體置于粗糙的斜面上，受到一個平行于斜面的力F的作用，當(dāng)F＝100N且沿斜面向上或F=20N且沿斜面向下時，物體都能在斜面上作勻速直線運(yùn)動，當(dāng)物體不受力F作用時，物體在斜面上受到的摩擦力f＝______。 9．如圖所示，物體A重10N，與桌面間的最大靜摩擦力為Fm=2.5N,動摩擦因數(shù)μ=0.20，開始時，A靜止。 （1）B重1N時，A和桌面間的摩擦力多大？ （2）B至少多重時，才能使A有靜止開始起動？ （3）B重5.0 N時A和桌面間的摩擦力多大？ （4）A開始運(yùn)動后，將B減為1.5N，直到A停止運(yùn)動之前，A與桌面間的摩擦力多大？ 參考答案： 1、D 2、B 3、B 4、A 5、C 6、靜止或勻速 7、 8、40N 9、(1)1N (2)2.5N (3) 2N (4)2N 課后測評 1．傾斜長木板一端固定在水平軸O上，另一端緩慢放低，放在長木板上的物塊m 一直保持相對木板靜止?fàn)顟B(tài)，如圖4—8所示．在這一過程中，物塊m受到長木板支持力FN和Ff的大小變化情況是( ) A．FN變大，F(xiàn)f變大 B．FN變小，F(xiàn)f變小 C．FN變大，F(xiàn)f變小 D．FN變小，F(xiàn)f變大 2．如圖所示，一均勻球放在傾角為α的光滑斜面和一光滑的擋板之間，擋板與斜面的夾角為θ設(shè)擋板對球的彈力為 Fl，斜面對球的彈力為F2，則當(dāng)θ逐漸減小到θ＝α的過程中，下列說法正確的是( ) A．F1先減小后增大 B．F1先增大后減小 C．F2減小 D．F2增大 3．．如圖所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O為球心，一質(zhì)量為m 的小滑塊，在水平力F的作用下靜止P點(diǎn)。設(shè)滑塊所受支持力為FN。OP與水平方向的夾角為θ。下列關(guān)系正確的是（ ） A． B．F＝mgtan C． D．FN=mgtan 4．把球夾在豎直墻和木板BC之間，不計(jì)摩擦．球?qū)Φ膲毫镕N1，球?qū)Π宓膲毫镕N2．在將板BC 逐漸放至水平的過程中，說法正確的是(如圖所示) ( ) A．FN1，F(xiàn)N2，都增大 B．FN1，F(xiàn)N2，都減小 C．FNl增大，F(xiàn)N2減小 D．FN1減小，F(xiàn)N2增大 5．某一物體受到三個力作用，下列各組力中，能使的球掛在光滑的墻壁上，設(shè)繩的拉力為F，球?qū)Φ膲毫镕N，當(dāng)繩長增加時，下列說法正確的是 ( ) A．F，F(xiàn)N均不變 B．F減小，F(xiàn)N增大 C．F增大，F(xiàn)N減小 D．F減小，F(xiàn)N減小 6．小球系在細(xì)繩的一端，放在光滑的斜面上，用力將斜面在水平桌面上向左移動，使小球上升（最高點(diǎn)足夠高），那么在斜面運(yùn)動的過程中，細(xì)繩的拉力將：( ) A．先增大后減小 B．先減小后增大 C．一直在增大 D．一直在減小 7．半徑為R的表面光滑的半球固定在水平面上。在距其最高點(diǎn)的正上方為h的懸點(diǎn)O，固定長L的輕繩一端，繩的另一端拴一個重為G的小球。小球靜止在球面上，如圖所示。則繩對小球的拉力T如何變化 ( )； 支持力N如何變化 ( ) A．變大 B．變小 C．不變 D．無法確定 8．如圖所示，一根柔軟的輕繩兩端分別固定在兩豎直桿上，繩用一光滑的掛鉤懸一重物，AO段中的張力大小為T1，BO段張力大小為T2，現(xiàn)將右桿繩的固定端由B緩慢移到點(diǎn)過程中，關(guān)于兩繩中張力大小的變化情況為( ) A．變大，變小 B．變小，變大 C．均變大 D．均不變 9．如圖所示，測力計(jì)、繩子和滑輪的質(zhì)量都不計(jì)，摩擦不計(jì)。物體A重40N，物體B重10N。以下說法正確的是( ) 　A．地面對A的支持力是30N　B．物體A受到的合外力是30 N 　C．測力計(jì)示數(shù)20 N　　　　 D．測力計(jì)示數(shù)30 N 10．如圖所示，斜面體質(zhì)量為M，傾角為θ，置于水平地面上，當(dāng)質(zhì)量為m的小木塊沿斜面體的光滑斜面自由下滑時，斜面體仍靜止不動。則( ) 　A．斜面體受地面的支持力為Mg 　B．斜面體受地面的支持力為（m＋M）g 　C．斜面體受地面的摩擦力為mgcosθ D．斜面體受地面的摩擦力為mgsin2θ 11．如圖所示，重為20N的物體與彈簧相連而靜止在傾角為30的斜面上，若彈簧的彈力大小為4N，則物體所受的靜摩擦力為( ) A．方向必沿斜面向上 B．方向可能沿斜面向下 C．大小必為6N D．大小可能為6N 12．F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3三個共點(diǎn)力作用在某物體上，使物體平衡，F(xiàn)l＝7 N，F(xiàn)2＝8 N，F(xiàn)3＝9N，則F1和F2 合力的大小為 N，方向是 。 13．在水平面上緊靠在一起的兩個物體A和B，A和B與水平面間的最大靜摩擦力分別為8N和4 N，若對A施加水平推力F＝6 N，如圖所示，此時A，B的壓力大小為 N，A受到水平面的摩擦力大小為 N，B受到水平面的摩擦力大小為 N。 14．如圖所示，定滑輪光滑，貨物質(zhì)量為m，滑輪距地面高為4 m，人手拉繩處距地面1 m，若地面對人的最大靜摩擦力為mg／2，若恰能提起貨物，人離貨物的水平距離應(yīng)不大于多少? 15．如圖所示，一個小球用輕繩懸于O點(diǎn)，用力F拉住小球，使懸線保持偏離豎直方向75角，且小球始終處于平衡狀態(tài)。為了使F有最小值，F(xiàn)與豎直方向的夾角θ應(yīng)該是（ ） 750 F θ O A．90 B．45 C．15 D．0 16．如圖所示．水平放置的兩固定的光滑硬桿OA，OB成θ角，在兩桿上各套輕環(huán)P，Q兩環(huán)用輕繩相連，現(xiàn)用恒力F沿OB方向拉環(huán)Q，當(dāng)兩環(huán)穩(wěn)定時，繩的張力多大? 參考答案： 1、C 2、AC 3、A 4、B 5、D 6、B 7、BC 8、D 9、AC 10、D 11、AD 12、9 相反 13、0 6 0 14、 15、C 16、