5.共点力的平衡 知识纲要导引, 核心素养目标, 物理观念 平衡状态、平衡条件 科学探究 探究共点力作用下物体的平衡条件 科学思维 合成法、正交分解法 科学态度 与责任 利用平衡条件解决实际生活中的实际问题 基 础 导 学 共点力平衡的条件(自学教材第76页“共点力平衡的条件”部分) 1．平衡状态 物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态． 2．共点力平衡的条件 在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0. 【思考】 (1)处于平衡状态的物体一定处于静止状态．( ) (2)运动的物体合力不会为0.( ) (3)物体受两个力作用处于平衡状态，这两个力的合力一定为0.( ) (4)速度为0的物体一定处于平衡状态．( ) (5)在多个共点力作用下的物体一定不会处于平衡状态．( ) 答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× 课 堂 探 究 主题 共点力平衡条件的应用 【问题探究】 探究点 仔细观图探究下列问题． (1)这只鸟保持静止不动，这种状态是什么状态？ (2)若鸟静止不动，受几个力作用？ (3)鸟为什么能处于平衡？ 提示：(1)这只鸟处于静止状态属于平衡状态． (2)重力、支持力、摩擦力． (3)所受到的合外力为零． 书、小球均处于平衡状态． (1)静止的物体一定处于平衡状态，但处于平衡状态的物体不一定静止． (2)如图，小球静止不动，物块匀速运动． 则：小球F合＝F－mg＝0. 物块Fx＝F1－Ff＝0，Fy＝F2＋FN－mg＝0. 【探究总结】 1．平衡状态 平衡状态 ①静止；②匀速直线运动 静止 v＝0、a＝0同时具备的情形 匀速直线运动 速度的大小、方向皆不变化 2.共点力的平衡条件 (1)F合＝0，物体所受到的合外力为零． (2)，其中Fx合和Fy合分别是将力进行正交分解后，物体在x轴和y轴上所受的合力． 3．由平衡条件得出的三个结论 【典例示范】 例1 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．仪器中一根轻质金属丝，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个角度．风力越大，偏角越大．通过传感器，就可以根据偏角的大小指示出风力．那么，风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间有什么样的关系呢？ 解析： 取金属球为研究对象，有风时，它受到3个力的作用：重力mg、水平方向的风力F和金属丝的拉力FT，如右图所示． 方法一 (力的合成法) 如图甲所示，风力F和拉力FT的合力与重力等大反向，由平行四边形定则可得F＝mgtan θ. 方法二 (正交分解法) 以金属球为坐标原点，取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立坐标系，如图乙所示．由水平方向的合力F合x和竖直方向的合力F合y分别等于零，即 F合x＝FTsin θ－F＝0，F合y＝FTcos θ－mg＝0. 解得F＝mgtan θ. 由所得结果可见，当金属球的质量m一定时，风力F只与偏角θ有关．因此，偏角θ的大小就可以指示出风力的大小． 静态平衡问题的解题步骤 例2如图所示，石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为a，重力加速度为g.若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块侧面所受弹力的大小为( ) A. B. C.mgtan α D.mgcot α 解析：以楔形石块为研究对象，它受到竖直向下的重力和垂直侧面斜向上的两个支持力，如图所示．根据力的对称性和平衡条件可知，两支持力的大小相等，且合力与重力等大、反向．根据几何关系可得：F合＝mg＝2Fsin α，即F＝. 答案：A 训练1 [2019·深圳联考](多选)一个大人拉着载有两个小孩的小车 (其拉杆可自由转动)沿水平地面匀速前进(如图所示)，则对小孩和车下列说法正确的是( ) A．拉力的水平分力等于小孩和车所受的合力 B．拉力与摩擦力的合力大小等于车和小孩重力大小 C．拉力与摩擦力的合力方向竖直向上 D．小孩和车所受 ... ...
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