力的平衡-备课资料一、说明在讲授本节知识内容时，要注意与前面所学知识的联系，并为后面的应用打下基础.为使学生加深对共点力作用下物体平衡条件的理解，教学时采用以实验为主线的讲法.二、对共点力的平衡的几点拓展(1)共点力由于在物理学中常把物体简化成为质点，不考虑物体的大小和物体的转动，因此对于作用于质点上的几个力，必然交于一点，形成共点力.有的实际问题中，几个力的交汇点不是在质点上，而是交于物体外的一点，也称为共点力.如图5-3-5中，两根绳子吊着的电灯，三根绳子交于点O，绳子的拉力构成共点力，则O点为共点力的交汇点.图5-3-5图5-3-6如果三个力作用于一个物体上，这三个力的方向如果不平行，则必然交于一点.如图5-3-6所示,作用于日光灯上的两根斜着的绳子的拉力与日光灯的重力必然交于一点，也构成共点力.(2)共点力平衡条件的应用应用共点力的平衡条件解题时，可以用力的正交分解法，也可以用力的平行四边形定则.例如，图5-3-7中支架B点受到三个力F、F1和F2的作用，处于平衡.用力的正交分解法解答时(见图5-3-8)，是以B点为坐标原点，选取xOy坐标系，把各个力分解为x、y方向的分力，再根据ΣFx=0，ΣFy=0列方程解答.应当注意，如果力的方向与坐标轴的方向一致(如图5-3-8中的F1、F)，那么这个力在另一坐标轴上的分力就为零，因此不必分解.根据这个道理我们可以适当地选取坐标轴的取向，以便于解题.例如对于受力作用处于静止的物体，尽量选取坐标轴的方向与尽量多的作用力的方向重合，可以减少需要分解的力的个数.应用力的平行四边形定则解题时，如图5-3-9所示，F1和F2的合力必定与F大小相等，方向相反，因此以－F为对角线,以F1、F2为邻边作平行四边形，就可以求出F1、F2的大小.三个共点力平衡时，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；n个共点力平衡时，其中任意的(n-1)个力的合力必定与另一个力大小相等、方向相反.图5-3-7图5-3-8图5-3-9三、素材选读力学系统平衡的稳定性：处于平衡位置的某一力学系统，在受到外力系的微小扰动后，仍能继续处于平衡位置的性质.平衡位置系统的稳定性：当一个力学系统(或机械系统)受外力系的作用而处于平衡时，受到外界的微小扰动后，系统若趋向于回复到平衡位置，则平衡是稳定的；系统越来越远离平衡位置，则是不稳定的.这就是力学系统的平衡稳定性问题.例如小球在竖直平面内的圆形轮圈内有两个平衡位置(图5-3-10是小球在竖直面的轮圈内的平衡位置)，即有两个力学平衡系统.最高点A处是小球的不稳定位置；最低点B处是小球的稳定位置.圆锥体放在水平面上(图5-3-11是三种平衡情况),有三种平衡情况：稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡(或中立平衡).中立平衡的系统在运动过程中重心既不升高也不降低.1644年E.托里拆利已经发现:一个物体系统当其重心处于最低位置时，这个系统是稳定的.平衡的稳定性可以看成运动稳定性的特例.图5-3-10小球在竖直面的轮圈内的平衡位置图5-3-11三种平衡情况思路分析平衡的状态：保持静止或做匀速直线运动．平衡的条件：作用在物体上的几个力的合力为零．本节教学中应注意的问题：（1）二力平衡的特点：大小相等，方向相反，作用在同一直线上．（2）三力共点而平衡，由平衡条件F合＝0，则有任意两个力的合力与第三个力等大反向同直线．（3）平衡分为：不稳平衡（如果使之稍微偏离平衡位置，它的重心就会降低，物体就会失去平衡），稳定平衡（如果使之稍微偏离平衡位置一点，它的重心就会升高，但在重力的作用下物体又可回到原来的位置，继续保持平衡状态）和随遇平衡（物体偏离平衡位置后，它的重心既不升高也不降低，始终保持平衡状态）．（4）影响稳度大小的因素有：重心的高低和支持面的大小两个因素决定．重心越低，支持面越大，稳度就越大；重心越高，支持面越小，稳度就越小．习题详解1.答：右边的会摔到.因为重力的作用线在支持面以外.2.答：增大支持面.3.答：降低重心，增大支持面.4.答：不是，其合力不为零(为重力).5.答：另外两个力都是10N.6.答：F1与F3的合力F合=10N，方向与F2反向.7.答：这种说法正确.因为三个力若合力为零,其中任意两个力的合力都与第三个力是一对平衡力，所以这种情况下三个力必然共点.
