共点力平衡条件的应用

教学目标

知识目标

1、知道什么叫共点力作用下的平衡状态．

2、掌握共点力的平衡条件．

3、会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题．

能力目标

1、培养学生应用力的矢量合成法则平行四边形定则进行力的合成、力的分解的能力．

2、培养学生全面分析问题的能力和推理能力．

情感目标

1、教会学生用辨证观点看问题，体会团结协助．

典型例题

关于斜面物体的摩擦力的两种分析方法以及拓展

例1如图，一物块静止在倾角为37°的斜面上，物块的重力为20N，请分析物块受力并求其大小．

分析：物块受竖直向下的重力，斜面给物块的垂直斜面向上的支持力，斜面给物块的沿斜面向上的静摩擦力．

解：

1、方法1——用合成法

（1）合成支持力和静摩擦力，其合力的方向竖直向上，大小与物块重力大小相等；

（2）合成重力和支持力，其合力的方向沿斜面向下，大小与斜面给物块的沿斜面向上的静摩擦力的大小相等；

（3）合成斜面给物块的沿斜面向上的静摩擦力和重力，其合力的方向垂直斜面向下，大小与斜面给物块的垂直斜面向上的支持力的大小相等．

合成法的讲解要注意合力的方向的确定是唯一的，这有共点力平衡条件决定，关于这一点一定要与学生共同分析说明清楚．

2、方法2——用分解法

理论上物块受的每一个力都可分解，但实际解题时要根据实际受力情况来确定分解哪个力(被确定分解的力所分解的力大小方向要明确简单易于计算)，本题正交分解物块所受的重力，利用平衡条件，，列方程较为简便．

为了学生能真正掌握物体的受力分析能力，要求学生全面分析使用力的合成法和力的分解法，要有一定数量的训练．

方法2的拓展1： 一物块静止在倾角为的斜面上，物块的重力为，请分析物块受力并分析当倾角慢慢减小到零的过程其大小的变化情况．

解：依题意 用分解法将物块受的重力正交分解，利用，的平衡条件，得斜面给物块的垂直斜面向上的支持力的大小为，

斜面给物块的沿斜面向上的静摩擦力的大小．

物块受的重力是不变的(关于这一点学生非常清楚)，根据数学的知识的分析可以知道当倾角慢慢减小到零的过程，

逐渐增大，最后等于物块的重力；

逐渐减小，最后等于零．

适当的时候，提醒学生分析的方法和结论；提醒学生极限法的应用，即倾角等于零时的极限情况下分析题目．

方法2的拓展2：一物块放在倾角为的斜面上，物块的重力为，斜面与物块的动摩擦因数为，请分析物块受力的方向并分析当倾角慢慢由零增大到90°的过程，物块对斜面的压力受到的摩擦力其大小的变化情况．

分析物块受力：时，只受两个力重力和斜面给的支持力，此时没有摩擦力；

时，物块只受一个力，物块的重力．(此亦为极限法处理)．

借此，和学生一起分析，可知物块的运动状态是变化的，既开始时物块静止在斜面上，这时物块受三个力．

物块的重力，斜面给物块的支持力和斜面给物块的静摩擦力．

在斜面给物块的静摩擦力等于物块的下滑力时，物块开始滑动，此时物块依旧受三个力， 物块的重力，斜面给物块的支持力和斜面给物块的滑动摩擦力．物块处于加速运动状态．(这里学习应用了运动性质的分段处理方法)．在此基础上分析每个力的大小变化情况．(利用物体平衡条件和滑动摩擦力的性质来分析求解)．

重力大小不变；斜面给物块的支持力的大小逐渐减小；斜面给物块的摩擦力的大小是先增大后减小．

利用正交分解分析物体的受力情况

例2 质量为的物体，用水平细绳拉着，静止在倾角为的光滑固定斜面上，求物体对斜面的压力的大小．如图所示．

解： 解决力学问题首先对（研究对象）物体进行受力分析，物体在斜面上受三个力：重力、支持力、绳的拉力．以作用点为原点建立如图所示的平面直角坐标系．

由平衡条件即，（找准边角关系）可得：

由此得到斜面对物体的垂直作用力为：

由牛顿第三定律（作用力和反作用力的关系）可知：

物体对斜面的压力的大小为：

探究活动

作图法

根据力的平行四边形定则，利用直尺（一般常用的是毫米刻度尺）去求几个力的合力或去求合力的某一个分力．利用作图法解决共点力作用下物体的平衡问题，虽然此种方法简洁、直观、方便，但由于在利用作图法过程中误差的存在（包括作图误差、视图误差、测量误差等）不可避免，得到的结果太粗糙．因此，我们在解题时一般不用作图法．而只是在探讨力的变化规律及相互关系时使用．

题1　验证两个分力和合力的关系遵从平行四边形定则

题2　探讨随着两个共点力大小及夹角发生变化时合力的变化规律

上面两个例题请同学们自己用直尺动手作一下实地的研究．