共点力作用下物体的平衡.doc

年 级
高一
学 科
物理
版 本
通用版
内容标题
共点力作用下物体的平衡
编稿老师
牛红标
【本讲主要内容】
共点力作用下物体的平衡
什么是共点力（复衡状态物体的平衡条件是什么；平衡状态与平衡条件间的关系；并会用平衡条件分析问题和解决问题。
本章是在前三章学习力、物体的运动、牛顿运动定律的基础上，研究物体运动的一种特殊状态——平衡状态。这实质上是牛顿运动定律的延续，也是属于力学中的基础性章节，在力学中具有相当重要的地位，也是经典力学的重要内容。每年的高考中都会在大题或者是选择题中独立出现，占分值为6－12分.
【知识掌握】
【知识点精析】
观察我们日常生活中身边的众多物体，如家中摆放的家用电器、桌面上的书本、文具、工艺架上的工艺品、路上行驶的汽车、天空中飞行的小鸟、飞机……。很多物体常常处于静止或者匀速直线运动状态，由牛顿运动定律可知，物体的运动状态与受力有关。因此，从物体受力的角度去寻找物体保持运动状态不变的条件是解决问题的关键所在。那么什么又是我们常说的物体的平衡状态?物体在什么条件下才能处于平衡状态呢?。
（一）、平衡状态
1、共点力(复习）
在前面我们已经学过,几个力作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点,这几个力就叫做共点力。而且我们也知道在只研究物体的平动或可以看作质点的物体时其受力均可看做共点力。
2、共点力作用下的平衡状态
一个物体在共点力的作用下，如果保持静止或者做匀速直线运动，我们就说这个物体处于平衡状态。
注意本概念中的“保持”，我们应如何理解呢?请根据你的理解对下边几个观点做一个判断：
①汽车以大小不变的速率拐弯，是否是处于平衡状态,为什么？
②做竖直上抛运动的物体上升到最高点的一瞬间，做匀减速运动物体速度减为零的一瞬间。是否是处于平衡状态,为什么？
根据定义我们不难发现，以上两种说法均不正确，①种情况下的汽车转弯速度的方向发生变化不是匀速直线运动；②的情况中只是瞬间的速度为零,但该条件是状态不能保持。
因而根据以上特点可分类：
静平衡：物体保持静止.
动平衡：物体保持匀速直线运动。
平衡状态的运动学特征:加速度为零（a=0）。
注意：物体做什么运动与我们选取的参考系密切相关,我们判定物体是不是处于平衡状态应选择惯性参考系，常用的惯性参考系是地球或相对地球静止或匀速直线运动的物体。
（二）、共点力作用下物体的平衡条件
1、理论推导
从牛顿第二定律知道：
F合=ma=0
又因为：a=0
所以：F合=0
即当物体所受合力为零时，加速度为零,物体将保持静止或者做匀速直线运动，：在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零。
理解：平衡的物体受到的合外力为0，受合外力为0的物体一定处于平衡状态，共点力作用下的平衡状态保持静止或匀速直线运动a=0，推出F合=0,它是牛顿第二定律的特例。
2、平衡条件的实验验证
a:把三个弹簧秤的挂钩挂在同一个线环上，分别向三个方向拉弹簧秤，记下弹簧秤的示数和方向。(注意：用力不能太大，以免超出弹性限度。)
b：然后按各力的大小和方向作出力的图示,根据力的平行四边形法则，求出三个力的合力。
c：作图得到的结果:
这三个力的合力为零（在误差范围内)；
任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。
（也可以用下图的装置做实验，同学们可以想一下如何操作。）
（三）、力的平衡
作用在物体上几个力的合力为零,这种情形叫做力的平衡。
有关力的平衡问题通常有如下几个规律,请同学们一定掌握！
1、物体受到两个共点力的时候,只有这两个力的大小相等，方向相反,合力才为零，这就是二力平衡。
(自己做一个实验：身体侧向紧靠墙直立，试着抬起外侧的一只腿,使一只脚站在地面上,怎么样？能保持直立吗？）
2、物体在三个非平行力同时作用下处于平衡状态，则这三个力必定共面共点，合力为零，称为三个共点力的平衡（三力汇交原理),其中任意两个力的合力必定与第三个力大小相等，方向相反,作用在同一直线上；最大的力小于等于另外两个力的总和。
3、自己可以推导:多个共点力的平衡条件——F合=0；根据二力平衡条件,一个物体受n个力平衡可看作是任意一个力和其余(n－1）个力的合力应满足平衡条件，即任意一个力和其余（n－1）个力的合力满足大小相等、方向相反、作用在同一直线上；数值上最大的力小于等于另外其它力的总和。
4、若F合=0，则在任一方向上物体所受合力也为零。将物体所受的共点力正交