练习1 物体的平衡问题
一、知识点击
物体相对于地面处于静止、匀速直线运动或匀速转动的状态，称为物体的平衡状态，简称物体的平衡．物体的平衡包括共点力作用下物体的平衡、具有固定转动轴的物体的平衡和一般物体的平衡．
当物体受到的力或力的作用线交于同一点时，称这几个力为共点力．物体在共点力作用下，相对于地面处于静止或做匀速直线运动时，称为共点力作用下物体的平衡．当物体在外力的作用下相对于地面处于静止或可绕某一固定转动轴匀速转动时，称具有固定转动轴物体的平衡．当物体在非共点力的作用下处于平衡状态时，称一般物体的平衡．
解决共点力作用下物体的平衡问题，或具有固定转动轴物体的平衡问题，或一般物体的平衡问题，首先把平衡物体隔离出来，进行受力分析，然后根据共点力作用下物体的平衡条件：物体所受的合外力为零，即∑F＝0（如果将力正交分解，平衡的条件为：∑Fx =0、∑Fy=0）；或具有固定转动轴的物体的平衡条件：物体所受的合力矩为零，即∑M＝0；或一般物体的平衡条件：∑F＝0；∑M＝0列方程，再结合具体问题，利用数学工具和处理有关问题的方法进行求解．
物体的平衡又分为随遇平衡、稳定平衡和不稳定平衡三种．
一、稳定平衡：如果在物体离开平衡位置时发生的合力或合力矩使物体返回平衡位置，这样的平衡叫做稳定平衡．如图1—1（a）中位于光滑碗底的小球的平衡状态就是稳定的．
二、不稳定平衡：如果在物体离开平衡位置时发生的合力或合力矩能使这种偏离继续增大，这样的平衡叫做不稳定平衡，如图1—1(b)中位于光滑的球形顶端的小球，其平衡状态就是不稳定平衡．
三、随遇平衡：如果在物体离开平衡位置时，它所受的力或力矩不发生变化，它在新的位置上仍处于平衡，这样的平衡叫做随遇平衡，如图1-1（c）中位于光滑水平板上的小球的平衡状态就是随遇的．
从能量方面来分析，物体系统偏离平衡位置，势能增加者，为稳定平衡；减少者为不稳定平衡；不变者，为随遇平衡．
如果物体所受的力是重力，则稳定平衡状态对应重力势能的极小值，亦即物体的重心有
最低的位置．不稳定平衡状态对应重力势能的极大值，亦即物体的重心有最高的位置．随遇平衡状态对应于重力势能为常值，亦即物体的重心高度不变．
二、方法演练
类型一、物体平衡种类的问题一般有两种方法解题，一是根据平衡的条件从物体受力或力矩的特征来解题，二是根据物体发生偏离平衡位置后的能量变化来解题。 例1．有一玩具跷板，如图1-2所示，试讨论它的稳定性（不考虑杆的质量）．
【分析与解】假定物体偏离平衡位置少许，看其势能变化是处理此类问题的主要手段之一，本题要讨论其稳定性，可假设系统发生偏离平衡位置一个θ角，则： 在平衡位置，系统的重力势能为
(0)2(cos )E L l mg α=-
当系统偏离平衡位置θ角时，如图1-3所示，此时系统的重力势能为
()[cos cos()][cos cos()]E mg L l mg L l θθαθθαθ=-++-- 2cos (cos )mg L l θθ=-
()(0)2(cos 1)(cos )P E E E mg L l θθ?=-=--
故只有当cos L l θ<时，才是稳定平衡．
例2．如图1-4所示，均匀杆长为a ，一端靠在光滑竖直墙上，另一端靠在光滑的固定曲面上，且均处于Oxy 平面内．如果要使杆子在该平面内为随遇平衡，试求该曲面在Oxy 平面内的曲线方程．
【分析与解】本题也是一道物体平衡种类的问题，解此题显然也是要从能量的角度来考虑问题，即要使杆子在该平面内为随遇平衡，须杆子发生偏离时起重力势能不变，即杆子的质心不变，y C 为常量。 又由于AB 杆竖直时1
2
C y a =， 那么B 点的坐标为
sin x a θ=
111
cos (1cos )222y a a a θθ=-=-
消去参数得 222(2)x y a a +-=
类型二、物体系的平衡问题的最基本特征就是物体间受力情况、平衡条件互相制约，情况复杂解题时一定要正确使用好整体法和隔离法，才能比较容易地处理好这类问题。 例3．三个完全相同的圆柱体，如图1-6叠放在水平桌面上，将C 柱放上去之前，A 、B 两柱体之间接触而无任何挤压，假设桌面和柱体之间的摩擦因数为μ0，柱体与柱体之间的摩擦因数为μ，若系统处于平衡，μ0与μ必须满足什么条件？
【分析与解】这是一个物体系的平衡问题，因为A 、B 、C 之间相互制约着而有单个物体在力系作用下处于平衡，所以用隔离法可以比较容易地处理此类问题。 设每个圆柱的重力均为G ，首先隔离C 球，受力分析如 图1-7所示，由∑Fc y ＝0可得
1131
2(
)2
N f G += ①
再隔留A 球，受力分析如图1-8所示，由∑F Ay =0得
11231
02
N f N G +-+= ② 由∑F Ax =0得 21131
022
f N N +
-= ③ 由∑E A ＝0得
12f R f R = ④ 由以上四式可得
11223
23
f f -==
=+
112N G =，23
2N G =
而202f N μ≤，11f N μ≤
023
3
μ-≥
23μ≥- 类型三、物体在力系作用下的平衡问题中常常有摩擦力，而摩擦力F f 与弹力F N 的合力凡与接触面法线方向的夹角θ不能大于摩擦角，这是判断物体不发生滑动的条件．在解题中经常用到摩擦角的概念．
例4．如图1-8所示，有两根不可伸长的柔软的轻绳，长度分别为1l 和2l ，它们的下端在C 点相连接并悬挂一质量为m 的重物，上端分别与质量可忽略的小圆环A 、B 相连，圆环套在圆形水平横杆上．A 、B 可在横杆上滑动，它们与横杆间的动摩擦因数分别为μ1和μ
2
，且12l l <。试求μ1和μ2在各种取值情况下，此系统处于静态平衡时两环之间的距离AB 。
【分析与解】本题解题的关键是首先根据物体的平衡条件，分析小环的受力情况得出小环的平衡条件f N F F μ≤，由图1-9可知sin tan cos f T N
T F F F F θ
μθθ
≥
=
=
定义tan μ?=，?为摩擦角，在得出摩擦角的概念以后，再由平衡条件成为θ?≤展开讨
论则解此题就方便多了。 即由tan tan θ?μ≤= 情况1：BC 绳松弛的情况
θ1=00，不论μ1、μ2为何值，一定平衡。 情况2：二绳均张紧的情况（图1-10） A 环不滑动的条件为：
11θ?≤，即111tan tan θ?μ≤= 于是有
11cos cos θ?=
≥=
11sin sin θ?=≥=
又由图1-11知
1122cos cos CD l l θθ==
2sin θ==
所以，若要A 端不滑动，AB 必须满足
1122sin 1sin AB l l θθ=+≤
① 根据对称性，只要将上式中的下角标1、2对调，即可得出B 端不滑动时，AB 必须满足的
条件为：AB ≤
+ ② 如果系统平衡，①②两式必须同时满足。
从①式可以看出，μ1可能取任意正值和零，当μ1=0时，AB
θ1=0，2l 拉直但无张力。从②式可以看出μ2的取值满足22
2211l l μ≥-否则AB 无解，22221
1l l μ=-AB 2
221l l -
综上所述，AB 的取值范围为：
情况1：2l 松弛2
22
10AB l l ≤<-1、μ2为任意非负数。 情况2：2l 2221
l l AB -≤≤[①②两式右边较小的]，μ1为任意非负数，2
2
221
1l l μ≥-。
类型四、一般物体平衡条件的问题主要又分为刚体定轴转动平衡问题和没有固定转动轴的刚体转动平衡问题，这类问题要按一般物体平衡条件来处理，即要么既要考虑力的平衡，又要考虑力矩平衡来求解；要么就要考虑以哪点为转动轴或哪点先动的问题。
例5．质量分别为m 和M 的两个小球用长度为l 的轻质硬杆连接，并按图1-11所示位置那样处于平衡状态．杆与棱边之间的摩擦因数为μ，小球m 与竖直墙壁之间的摩擦力可以不计．为使图示的平衡状态不被破坏，参数m 、M 、μ、l 、a 和α应满足什么条件？ 分析和解：本题是一道典型的刚体定轴转动平衡问题，解题时对整体进行受力分析，但物
体的平衡不是共点力的平衡，处理时必须用正交分解法，同时还要考虑力矩的平衡，受力分析如图，根据力的平衡条件可列出：
cos sin ()m N F M m g αα+=+ ① 1sin cos m N N F αα+= ②
根据力矩平衡条件可写出：
cos cos Na
Mgl αα
=
③ 杆不滑动的条件为F m < Μn 。由①得 ()cos sin m M m g N F N α
μα
+-=
<，即
()(cos sin )M m g N αμα+<+④ 用③除④得 2(
1)cos (cos sin )m l
M a
ααμα+<+ ⑤ 杆不向右翻倒的条件为N 1＞0。由①和②可得出
1cos sin m N F N αα=-
()cos cos sin 0sin M m g N N α
ααα
+-=
->
由此可得()cos M m g N α+> ⑥ 将③中的N 代人⑥得
1cos m l
M a
α+
> ⑦ 由于cos l a α>，再考虑不等式⑦，可得 21cos 1cos (cos sin )l m l a M a
αααμα<
<+<+ ⑧ 为了在不等式⑧中能同时满足最后两个不等号，就必须满足条件： cos (cos sin )1ααμα+>
由此可得平衡条件为：tan μα>，如果tan μα< ，就不可能出现平衡．
例6．如图1-12，匀质杆长l ，搁在半径为R 的圆柱上，各接触面之间的摩擦因数均为μ，求平衡时杆与地面的夹角α应满足的关系． 【分析与解】本题也是一个一般物体的平衡问题与 上题的区别在 于没有固定转动轴，所以这个问 题的难点在于系统内有三个接触点，三个点上的 力都是静摩擦力，不知道哪个点最先发生移动． 我们先列出各物体的平衡方程：设杆和圆柱的 重力分别为G 1和G 2。 对杆
∑F x =0 F f3＋F f2cos α=F N2sin α ① ∑F y =0 F N3＋F N2cos α+F f2sin α=G 1 ②
∑M O ′=0 12cos cos 22N l G F R α
α??=?? ③
对柱
∑F x =0 F f1＋F f2cos α=F N2sin α ④ ∑F y =0 F f2sin α+G 2＋F N2cos α=F N1 ⑤ ∑M O =0 F f1 =F f2 ⑥ ∑M O ′=0 F N2+G 2=F N1 ⑦
以上七个方程中只有六个有效，由⑦式可知，F N1>F N2,又因为 F f1 =F f2 ,所以一定是2 z 处比1处容易移动,再来比较2处和O ′处.
(1)如果是2处先移动,必有 F f2=μF N2, 代入④式,可得tan 2
α
μ=,将此结果代入①②③式,
即有
2132(1)(sin cos )2(1)f G L F R μμαμαμ?-=-+
23
12
(1)
[1(sin cos )]2(1)
N l F G R μμμαμμ?-=-++ 在这种情况下,如要F f3≤μF N3,必须有 22(1)
(1)
R l μμμ+≤?-
杆要能搁在柱上，当然要 tan
2
R R
l α
μ
≥
=
因此在22(1)
(1)tan 2
R
R
R l l μαμμμ+≥=≤≤?-时,α=2arctan μ。 （2）如果是0'处先移动，必有F f3=μF N3，代入①②式，可有
22tan
2
f N F F α
=?
21tan
2cos 2N F G l R α
αμ
=???
?
1
2cos(1tan )tan 22
R l αα
μ=?+
? ⑧ 满足⑧式的α即为平衡时的α，这时要求F f2＜F N2·μ，须有
2
2
11R l μμμ
+>?- 综上所述
当2
2
11R
R l μμμμ+≤≤?-时，α=2arctan μ。 当22
11R l μμμ+>?-时，α应满足12cos (1tan )tan 22
R l αα
αμ=?+?。
三、小试身手
1．如图1-13所示，长为L的均匀木杆AB,重量为G，系在两根长均为L的细绳的两端，并悬挂于O点，在A、B两端各挂一重量分别为G1、G2的两物，求杆AB处于平衡时，绳OA与竖直方向的夹角．
2．一长为L的均匀薄板与一圆筒按图1-14所示放置，平衡时，板与地面成θ角，圆筒与薄板相接触于板的中心．板与圆筒的重量相同均为G．若板和圆筒与墙壁之间无摩擦，求地面对板下端施加的支持力和静摩擦力．
3．如图1-15，两把相同的均匀梯子AC和BC，由C端的铰链连起来，组成人字形梯子，下端A和B相距6m，C端离水平地面4m，总重200 N，一人重600 N，由B端上爬，若梯子与地面的静摩擦因数μ＝0.6，则人爬到何处梯子就要滑动？
4．如图1-16所示，一均匀梯子，一端放在水平地面上，另一端靠在竖直墙上，梯子与地面
和墙间的静摩擦因数分别为μ
1和μ
2
，求梯子平衡时与地面所能成的最小夹角．
5．如图1-17所示，一个半径为R的四分之一光滑球面放在水平桌面上，球面上放置一光滑均匀铁链，其A端固定在球面的顶点,B端恰与桌面不接触，铁链单位长度的质量为ρ。
试求铁链A端受的拉力F T。
6．有一半径为R的圆柱体A静止在水平地面上，并与竖直墙面相接触现有另一质量与A相同，半径为r的较细圆柱体B，用手扶着圆柱体A，将B放在A的上面，并使之与墙面相接触，如图1-18所示，然后放手．
已知圆柱体A与地面的动摩擦因数为0.20，两圆柱体之间的动摩擦因数为0.30.若放手后，两圆柱体能保持图示的平衡，问圆柱体B与墙面间的动摩擦因数和圆柱体B的半径r的值各应满足什么条件？
7．如图1-19所示，有六个完全相同的长条薄片A i B i(i=1,2,... 6)依次架在水平碗口上，一端搁在碗口、另一端架在另一薄片的正中位置（不计薄片的质量）将质量为m的质点置于A1A6的中点处，试求A1B1薄片对A6B6的压力．
8．如图1-20所示质量为m的小球A用细绳拴在天花板上，悬点为O，小球靠在光滑的大球上，处于静止状态，已知大球的球心O'在悬点的正下方，其中绳长为l，大球的半径为R，悬点到大球最高点的距离为h，求绳对小球的拉力和小球对大球的压力．
9．现有一个弹簧测力计（可随便找地方悬挂），一把匀质的长为l的有刻度、零点位于端点的直尺，一个木块及质量不计的细线。试用这些器材设计一实验（要求画出示意图），通过一次测量（弹测力计只准读一次数），求出木块的质量和尺的质量。（已知重力加速度为g）
练习1 物体的平衡问题
参考解答
1． 解：以ΔOAB 整体为研究对象，并以O 为转动轴，其受力情况如图所示，设OA 与竖直线夹角为α，
OC 与竖直线夹角为β，因为ΔOAB 为等边三角形，C 为AB 边的中点，所以01
302
AOC AOB ∠=
∠=，030αβ+=，即030βα=-，03
sin 60OC L L ==
，03sin sin(30)CF OC βα==-，00cos(60)cos(30)BD L L βα=-=+，sin AE L α=，
以O 为转动轴，则由刚体的平衡条件0M =∑可知12G AE G CF G BD ?=?+?， 即00123
sin sin(30)cos(30)G L G
L G L ααα=-++ 展开后整理得：212
3(2tan 432G G
G G G α+=
++
所以，AB 处于平衡时，绳OA 与竖直方向的夹角为
212
3arctan
432G G G α=++（2G +G ）
2．解：如图所示，圆筒所受三个力沿水平和竖直方向平衡的分量式为
1sin 0N N F F θ-=，cos 0N F G θ-=
板所受五个力沿水平和竖直方向平衡的分量式为
2sin 0f N
N F F F θ'+-= 3cos 0N N
F G F θ'--= 板所受各力对圆筒和板的交点为转动轴的力矩平衡方程为
2
3sin sin cos 0222
N f N L L L
F F F θθθ+-= 根据牛顿第三定律，有N
N F F '= 联立以上各式，可解得地面对板的支持力和静摩擦力分别为
F N3=2
G ，12
f F G θθ=（cot -tan ）
3． 解：进行受力分析，如图所示，把人和梯子看成一个整体，整个系统处于平衡状态： AB=6m ，CD=4m ，∴AC=BC=5m 设人到铰链C 的距离为l 满足
0F =∑， 0M =∑
所以12AC BC N N G G G F F ++=+， 12f f F F =
111
cos 2
BC N N G l G BD F CD F BD θμ??+?+??=?
整理后：12400N N F F N ==， 2.5l m =
所以人在爬到梯子中点处时梯子就要滑动
4．解：受力分析如图所示，同样处于平衡状态，解题过程与上题类似，故解题过程略，则梯子平衡时与地面所能成的最小夹角为
12
min 1
1arctan
2μμθμ-= 5． 解：以铁链为研究对象，由于整条铁链的长度不能忽略不计，所以整条铁链不能看成质点，要分析铁
链的受力情况，须考虑将铁链分割，使每一小段铁链可以看成质点，分析每一小段铁链的受力，根据物体的平衡条件得出整条铁链的受力情况． 在铁链上任取长为ΔL 的一小段（微元）为研究对象，其受力分析如图所示．由于该微元处于静止状态，所以受力平衡，在切线方向上应满足： cos T T T F F G F θθθθ+?=?+ cos cos T F G Lg θθρθ?=?=?
由于每一段铁链沿切线向上的拉力比沿切线向下的拉力大T F θ?，所以整个铁链对A 端的拉力是各段上T F θ?的和，即
cos cos T T F F Lg g L θρθρθ=?=?=?∑∑∑
观察cos L θ?的意义，由于θ?很小，所以CD OC ⊥，DCE θ∠=，cos L θ?表示ΔL 在竖直方向上的投影ΔR ，所以cos L R θ?=∑
所以cos T F g
L gR ρθρ=?=∑。
6．圆柱体A 、B 的受力情况如图所示．圆柱体A 倾向于向左移动，对墙面没有压力，
平衡是靠各接触点的摩擦力维持的．现设系统处于平衡状态，列出两圆柱体所受力和力矩的平衡方程．
圆柱体A ：133sin cos 0N N f Mg F F F ??-++= ①
133cos sin 0f N f F F F ??-+= ②
13f f F R F R = ③
圆柱体B ：233
3sin cos 0f N f Mg F F F ??''---= ④ 233cos sin 0N N
f F F F ??''-+= ⑤ 13f f F R F R ''= ⑥
由于33f f F F '=，由③⑥得1233f f f f f F F F F F '==== ⑦
又因33N N
F F '=，联立①②④⑤⑦，可得 31sin 1cos sin N F Mg ?
??
+=
++
2cos 1cos sin N f F F Mg ?
??
==
++ ⑧
12cos 2sin 1cos sin N F Mg ??
??
++=
++
首先讨论圆柱体B 与墙面的接触点，接触点不发生滑动的条件为：222
f N F F μ≥
由⑧式可得
22
1f N F F =，所以21μ≥
再讨论圆柱体A 与地面的接触点的情形，圆柱体A 在地面上不发生滑动的条件是：
111
cos 2cos 2sin f N F F ?
μ??
≥
=
++
由图可知：cos R r
R r
?-=
+ ⑨
sin ?==
⑩ 由⑨⑩⑧三式以及10.20μ=可以求得： 19
r R ≥ 即只有当1
9
r R ≥
时，圆柱体A 在地面上才能不滑动． 最后讨论两圆柱的接触点，接触点不发生滑动的条件为：
333
cos 11sin f N F F ?
μ?
≥
=
+
由⑩⑧两式以及30.30μ=可解得2
7(
)0.2913
r R R ≥= 显然，在平衡时，r 的上限为R ，故可得到r 应满足的条件为：0.29R r R ≥≥
所以，圆柱体B 与墙面接触点不发生滑动的条件为μ2≥1，圆柱体A 与地面接触点不发生滑动的条件为μ1≥
cos 2cos 2sin ???++，两圆柱体接触不发生滑动的条件为μ3≥cos 1sin ?
?
+，圆柱体B 的半径r 的
值各应满足的条件为
R ≥r ≥0.29R
7． 解：本题中六个物体，其中通过分析可知A 1 B 1、A 2B 2、A 3B 3、A 4B 4、A 5B 5的受力情况完全相同，因
此将A 1 B 1、A 2B 2、A 3B 3、A 4B 4、A 5B 5作为一类，对其中一个进行受力分析、找出规律，求出通式即可．
以第i 个薄片AB 为研究对象，受力情况如图1所示，第i 个薄 片受到前一个薄片向上的支持力Ni F 、碗边向上的支持力和后一个薄片向下的压力1Ni F +．
选碗边B 点为轴，根据力矩平衡有12Ni Ni L
F L F +?=?，得12
Ni Ni F F += 所以512361111
()2222
N N N N F F F F =
=?=???= ① 再以A 6B 6为研究对象，受力情况如图2所示，A 6B 6受到
薄片A 5B 5向上的支持力F N6、碗边向上的支持力和后一 个薄片A 1 B 1向下的压力F N1、质点向下的压力mg 。选 B 6点为轴，根据力矩平衡有
② 由①②联立，解得142
N mg
F =
所以A 1B 1薄片对A 6B 6的压力为
42
mg
8．解：力的三角形图和几何三角形有联系，若两个三角形相似，则可以将力的三角形与几何三角形联系起来，通过边边对应成比例求解．以小球为研究对象，进行受力分析，如图所示，小球受重力mg 、 绳的拉力F T 、大球的支持力F N ，其中重力mg 与拉力F T 的合力与支持力F N 平衡．观察图中的特点，可以看出力的矢量三角形ABC 与几何三角形AOO '相似，即：
T F mg l h R =+，N F mg
R h R
=+ 所以绳的拉力：T l
F h R =+
小球对大球的压力：N
N R
F F mg h R
'==+ 9． 解：找个地方把弹簧测力计悬挂好，取一段细线做成一环，挂在弹簧测力计的挂钩上，让直尺穿过细环中，环与直尺的接触点就是直尺的悬挂点，它将尺分成长短不等的两段，用细线拴住木块挂在直尺较短的一段上，细心调节直尺悬挂点及木块悬挂点的位置，使直尺平衡在水平位置（为提高测量精度，尽量使两悬挂点相距远些），如图所示，设木块质量为m ，直尺质量为M ，记下两悬挂点在直尺上的读数x 1、x 2，弹簧测力计的示数G ，由平衡条件和图中所设直尺的零刻度位置有
（m ＋M ）g ＝G ，
m g （x 2－x 1）＝M g （L
2
－x 2）
可解得：m ＝G （L －2x 2） g （L －2x 1） ，M ＝2G （x 2－x 1）
g （L －2x 1）
。
1.下列情况下，物体处于平衡状态的是（ ） A ．竖直上抛的物体到达最高点时 B.做匀速圆周运动的物体 C ．单摆摆球摆到最高点时 D.水平弹簧振子通过平衡位置时 2．下列各组的三个点力，可能平衡的有 （ ） A ．3N ，4N ，8N B ．3N ，5N ，7N C ．1N ，2N ，4N D ．7N ，6N ，13N 3.右图是一种测定风力的仪器的原理图，质量为m 的金属球，固定在一细长的轻金属丝下端，能绕悬点Ｏ在竖直平面内转动，无风时金属丝自然下垂，有风时金属丝将偏离竖直方向一定角度θ，角θ的大小与风力大小F 有关，下列关于风力Ｆ与θ的关系式正确的是（ ） Ａ．Ｆ＝mg ·tan θＢ．Ｆ＝mg ·sin θＣ．Ｆ＝mg ·cos θ Ｄ．Ｆ＝mg ∕cos θ 4.如图1所示，在同一平面内，大小分别为1N 、2N 、3N 、4N 、5N 、 6N 的六个力共同作用于一点，其合力大小为（ ） A ．0 B ．1N C ．2N D ．3 5．A 、B 、C 三物体质量分别为M 、m 、m 0，作如图所示的连接，绳 子不可伸长，且绳子和滑轮的摩擦均不计，若B 随A 一起沿水平桌面 向右做匀速运动，则可以断定（ ） A ．物体A 与桌面之间有摩擦力，大小为m 0g B ．物体A 与B 之间有摩擦力，大小为m 0g C ．桌面对A ，B 对A ，都有摩擦力，方向相同，大小均为m 0g D ．桌面对A ，B 对A ，都有摩擦力，方向相反，大小均为m 0g 6.人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，如图所 示．以下说法正确的是（ ） A ．人受到重力和支持力的作用 B ．人受到重力、支持力和摩擦力的作用 C ．人受到的合外力不为零 D ．人受到的合外力方向与速度方向相同 7.用一轻绳将小球P 系于光滑墙壁上的O 点，在墙壁和球P 之间夹有一矩形物块Q ，如图所示.P 、Q 均处于静止状态，则下列相关说法正确的是 A .P 物体受4个力 B .Q 受到3个力 C .若绳子变长，绳子的拉力将变小 D .若绳子变短，Q 受到的静摩擦力将增大 8.如图所示，质量为m 的楔形物块，在水平推力F 作用下，静止在倾角为θ的光滑固定斜面上，则楔形物块受到的斜面支持力大小为 （ ） A ．Fsin θ B ．sin F θ C ．mgcos θ D ．cos mg θ 9．如图所示，用轻绳吊一个重为G 的小球，欲施一力F 使小球在图示 位置平衡(θ<30°)， 下列说法正确的是（ ） A ．力F 最小值为θsin ?G B ．若力F 与绳拉力大小相等，力F 方向与竖直方向必成θ角． C ．若力F 与G 大小相等，力F 方向与竖直方向必成θ角． D ．若力F 与G 大小相等，力F 方向与竖直方向可成2θ角． 10、如图在水平力F 的作用下，重为G 的物体沿竖直墙壁匀速下滑，物体风θ m O 1N 2N 3N 4N 5N 6N 图1 60° 60° 60° 60° 60° 60° v θ F P Q O
高中物理动态平衡专题 在有关物体平衡的问题中，有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”。根据现行高考要求，物体受到往往是三个共点力问题，利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学中一个重点和难点。 一 物体受三个力作用 例1. 如图1所示，一个重力G 的匀质球放在光滑斜面上，斜面倾角为α，在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态。今使板与斜面的夹角β缓慢增大，问：在此过程中，挡板和斜面对球的压力大小如何变化？ 解析：取球为研究对象，如图1-2所示，球受重力G 、斜面支持力F 1、挡板支持力F 2。因为球始终处于平衡状态，故三个力的合力始终为零，将三个力矢量构成封闭的三角形。F 1的方向不变，但方向不变，始终与斜面垂直。F 2的大小、方向均改变，随着挡板逆时针转动时，F 2的方向也逆时针转动，动态矢量三角形图1-3中一画出的一系列虚线表示变化的 F 2。由此可知，F 2先减小后增大，F 1随β增大而始终减小。 例2．一轻杆BO ，其O 端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO 上，B 端挂一重物，且系一细绳，细绳跨过杆顶A 处的光滑小滑轮，用力F 拉住，如图2-1所示。现将细绳缓慢往左拉，使杆BO 与杆A O 间的夹角θ逐渐减少，则在此过程中，拉力F 及杆BO 所受压力F N 的大小变化情况是( ) A ．F N 先减小，后增大 B .F N 始终不变 C ．F 先减小，后增大 D.F 始终不变 解析：取BO 杆的B 端为研究对象，受到绳子拉力(大小为F )、BO 杆的支持力F N 和悬挂重物的绳子的拉力(大小为G )的作用，将F N 与G 合成，其合力与F 等值反向，如图2-2 图2-1 图2-2 图1-1 图1-2 F 1 G F 2 图1-3
1. 2. 3. 4. 5. 受力分析共点力的平衡 如图所示，物块A、B通过一根不可伸长的细线连接，A静止在斜面上，细线绕过光滑的滑轮拉住B, A. 6个 【答 案】 如图所示, A. 3个 A与滑轮之间的细线与斜面平行?则物块A受力的个数可能是 B. 4个 D. 2个 A和B两物块的接触面是水平的, A与B保持相对静止一起沿固定粗糙斜面匀速下滑，在下滑过程中 D. 6个 【答案】B 如图所示，在斜面上, 木块A与B的接触面是水平的?绳子呈水平状态，两木块均保持静 止.则关于木块A和木块B的受力个数不可能是 A. 2个和 【答 案】 如图所示, B. 3个和4个D. 4个和5个 位于倾角为θ的斜面上的物块B由跨过定滑轮的轻绳与物块A相连?从滑轮到 A、B的两段绳都与斜面平行?已知 下的力F拉B并使它做匀速直线运动, A. 4个 B. 5个 【答 案】 如图所示, 固定的斜面上叠放着 用于木块A,使木块A、B保持静止, A与B之间及B与斜面之间均不光滑，若用一沿斜面向 D. 7个 B两木块，木块A与B的接触面是水平的，水平力F作 且F≠0 .则下列描述正确的是( A. B可能受到3个或4个力作用［来 C. A对B的摩擦力可能为O B.斜面对木块B的摩擦力方向一定沿斜面向下 .A、B整体可能受三个力作用
6. 7. 8. 9. 10. 【答案】D 如图所示，在恒力F作用下, 受力情况的说法正确的是 A. a 一定受到4个力 a 、 b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动，则关于它们 C. a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力 【答案】AD 如图所示，物体B的上表面水平, 则下列判断正确的有 A. B. C. D. 物体 物体 物体 B的上表面一定是粗糙的 B、C都只受4个力作用 .a与b之间一定有摩擦力 .b可能受到4个力 当A、B相对静止沿斜面匀速下滑时, C受水平面的摩擦力方向一定水平向右 水平面对物体C的支持力小于三物体的重力大小之和 【答 案】 如图所示, 斜面保持静止不动, F l、F2、F3恰好构成封闭的直角三角形，这三个力的合力最大的是 A 【答案】C 如图所示，用一根长为丨的细绳一端固定在O点，另一端悬挂质量为m的小球A,为使细绳与竖直方向成30°角且绷紧，小球A处于静止，对小球施加的最小的力是 A. ：： ：一. 3mg BFmg Tmg 【答 案】 如图所示, 质量为m的滑块静止置于倾角为30°的粗糙斜面上，一根轻弹簧一端固定在竖 直墙上的P点，另一端系在滑块上，弹簧与竖直方向的夹角为30°,则（ ）
共点力平衡练习 1、有三个共点力，大小分别为2N 、3N 、4N ，它们合力的最大值为 9 N ，最小值为 0 N 。 2、如图所示，物体B 的上表面水平，B 上面载着物体A ，当它们一起沿固定斜面C 匀速下滑的过程中物体A 受力是：（ B ） A 、只受重力； B 、只受重力和支持力； C 、有重力、支持力和摩擦力； D 、有重力、支持力、摩擦力和斜面对它的弹力。 3、把一木块放在水平桌面上保持静止，下面说法中哪些是正确的：（ C ） A 、木块对桌面的压力就是木块受的重力，施力物体是地球 B 、木块对桌面的压力是弹力，是由于桌面发生形变而产生的 C 、木块对桌面的压力在数值上等于木块受的重力 D 、木块保持静止是由于木块对桌面的压力与桌面对木块的支持力二力平衡 4、在力的合成中，下列关于两个分力(大小为定值)与它们的合力的关系的说法中，正确的是：（ D ） A 、合力一定大于每一个分力； B 、合力一定小于分力； C 、合力的方向一定与分力的方向相同； D 、两个分力的夹角在0°～180°变化时，夹角越大合力越小。 5、如图所示，恒力F 大小与物体重力相等，物体在恒力F 的作用下，沿水平面做匀速运动，恒力F 的方向与水平成θ角，那么物体与桌面间的动摩擦因数为：（ C ） A 、θcos ； B 、θctg ； C 、θ+θsin 1cos ； D 、θtg 。 6、物体A 、B 、C 叠放在水平桌面上，用水平力F 拉B ，使三者一起匀速向右运动，则：（ AC ） A 、物体A 对物体 B 有向左的摩擦力作用； B 、物体B 对物体 C 有向右的摩擦力作用； C 、桌面对物体A 有向左的摩擦力作用； D 、桌面和物体A 之间没有摩擦力的作用。 7、如图所示，F 1、F 2为两个分力，F 为其合力，图中正确的合力矢量图是：（ AC ） 8、如下图所示，甲、乙、丙、丁四种情况，光滑斜面的倾角都是α，球的质量都是m ，球都是用轻绳系住处于平衡状态，则：（ BC ）
受力分析共点力的平衡 1.如图所示，物块A、B通过一根不可伸长的细线连接，A静止在斜面上，细线绕过光滑的滑 轮拉住B，A与滑轮之间的细线与斜面平行．则物块A受力的个数可能是( ) A．6个B．4个C．5个D．2个 【答案】 B 2.如图所示，A和B两物块的接触面是水平的，A与B保持相对静止一起沿固定粗糙斜面匀速 下滑，在下滑过程中B的受力个数为( ) A．3个B．4个C．5个D．6个 【答案】 B 3.如图所示，在斜面上，木块A与B的接触面是水平的．绳子呈水平状态，两木块均保持静 止．则关于木块A和木块B的受力个数不可能是( )
A．2个和4个B．3个和4个C．4个和4个D．4个和5个 【答案】 B 4.如图所示，位于倾角为θ的斜面上的物块B由跨过定滑轮的轻绳与物块A相连．从滑轮到 A、B的两段绳都与斜面平行．已知A与B之间及B与斜面之间均不光滑，若用一沿斜面向 下的力F拉B并使它做匀速直线运动，则B受力的个数为( ) A．4个B．5个C．6个D．7个 【答案】 D 5.如图所示，固定的斜面上叠放着A、B两木块，木块A与B的接触面是水平的，水平力F 作用于木块A，使木块A、B保持静止，且F≠0.则下列描述正确的是( )
A．B可能受到3个或4个力作用B．斜面对木块B的摩擦力方向一定沿斜面向下 C．A对B的摩擦力可能为0D．A、B整体可能受三个力作用 【答案】 D 6.如图所示，在恒力F作用下，a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动，则关于它们 受力情况的说确的是( ) A．a一定受到4个力B．b可能受到4个力 C．a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力D．a与b之间一定有摩擦力 【答案】AD 7.如图所示，物体B的上表面水平，当A、B相对静止沿斜面匀速下滑时，斜面保持静止不动， 则下列判断正确的有( )
一、选择题 1．如图所示，在倾角为θ的斜面上，放着一个质量为m 的光滑小球，小球被竖直的木板 挡住，则小球对木板的压力大小为 ( ) A ．mg cos θ B ．mg tan θ C ．mg cos θ D ．mg tan θ 2．如图2所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O 点为其球心，碗的内表面及碗 口是光滑的．一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m 1和m 2的小球，当它们 处于平衡状态时，质量为m 1的小球与O 点的连线与水平线的夹角为α＝60°.两小球的质量比m 2m 1 为 A. 33 B. 23 C. 32 D. 22 3．一只蚂蚁从半球形小碗内的最低点沿碗壁向上缓慢爬行，在其滑落之前的爬行过程中受力情况是 ( ) A ．弹力逐渐增大 B ．摩擦力逐渐增大 C ．摩擦力逐渐减小 D ．碗对蚂蚁的作用力逐渐增大 4．如图所示，一箱苹果沿着倾角为θ的斜面，以速度v 匀速下滑，在箱子中夹有一只质 量为m 的苹果，它受到周围苹果对它作用力的方向是 ( ) A ．沿斜面向上 B ．沿斜面向下 C ．竖直向上 D ．垂直斜面向上 5．如图所示，质量m 1＝10 kg 和m 2＝30 kg 的两物体，叠放在动摩擦因数为0.50的粗糙水平地面上，一处于水平位置的轻弹簧，劲度系数为k ＝250 N/m ，一端固定于墙壁，另一端与质量为m 1的物体相连，弹簧处于自然状态，现用一水平推力F 作用于质量为m 2的物体上，使它缓慢地向墙壁一侧移动，当移动0.40 m 时，两物体间开始相对滑动，这时水平推力F 的大小为 ( ) A ．100 N B ．300 N C ．200 N D ．250 N 6．如图5所示，在水平面上有三个质量分别为m 1、m 2、m 3的木块，木块1和2、2和3间分别用一原长为L 、劲度系数为k 的轻弹簧连接起来，木块1、2与水平面间的动摩擦因数为μ，木块3和水平面之间无摩擦力．现用一水平恒力向右拉木块3，当木块一起匀速运动时，1和3两木块间的距离为(木块大小不计)( ) A ．L ＋ μm 2g k B ．L ＋ μm 1＋m 2g k C ．2L ＋ μ2m 1＋m 2g k D ．2L ＋ 2μ m 1＋m 2g k 7．如图6所示，a 、b 是两个位于固定斜面上的完全相同的正方形物块，它们在水平方向的外力F 的作用下处于静止状态．已知a 、b 与斜面的接触面都是光滑的，则下列说法正确的是 ( ) A ．物块a 所受的合外力大于物块b 所受的合外力 B ．物块a 对斜面的压力大于物块b 对斜面的压力 C ．物块a 、b 间的相互作用力等于F D ．物块a 对斜面的压力等于物块b 对斜面的压力 8．如图所示，斜面倾角为θ(θ为锐角)两个物体A 和B 相接触放在粗糙的斜面上，当他们加速下滑时，下面对A 、B 之间相互作用力的析正确的是 （ ） A ．当m B >m A 时，A 、B 之间有相互作用力；当m B ≤m A 时，A 、B 之 图6
动态平衡受力分析 在有关物体平衡的问题中，有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”。物体受到往往是三个共点力问题，利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学中一个重点和难点。 基础知识必备 方法一：三角形图解法 特点：三角形图象法则适用于物体所受的三个力中，有一力的大小、方向均不变（通常为重力，也可能是其它力），另一个力的方向不变，大小变化，第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法：先正确分析物体所受的三个力，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的矢量延长，根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时，这个闭合三角形总是存在，只不过形状发生改变而已，比较这些不同形状的矢量三角形，各力的大小及变化就一目了然了。 【例1】如图所示，一个重力为G的匀质球放在光滑斜面上，斜面倾角为，在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态．今使板与斜面的夹角β缓慢增大，问：在此过程中，挡板对球的压力F N1和斜面对球的支持力F N2变化情况为（）A．F N1、F N2都是先减小后增加 B．F N2一直减小，F N1先增加后减小 C．F N1先减小后增加，F N2一直减小 D．F N1一直减小，F N2先减小后增加 【练习1】如图所示，小球被轻质细绳系着，斜吊着放在光滑劈面上，小球质量为m，斜面倾角为θ，向右缓慢推动劈一小段距离，在整个过程中（） A．绳上张力先增大后减小 B．绳上张力先减小后增大 C．劈对小球支持力减小 D．劈对小球支持力增大
共点力作用下物体的平衡 基础过关 一、单项选择题（每小题只有一个选项符合题意） 1．如图所示，质量均为m 的a ，b 两木块叠放在水平面上，a 受到斜向上与水平面成θ角的力F 作用，b 受到斜向下与水平面成θ角的力F 作用，两力在同一竖直平面内，此时两木块保持静止，则（ ） A ．b 对a 的支持力一定等于mg B ．水平面对b 的支持力可能大于2mg C ．a ，b 间一定存在静摩擦力 D ．b 与水平面间可能存在静摩擦力 2．如图所示，用长为L 的轻绳悬挂一质量为m 的小球，对小球再施加一个力，使绳与竖直方向成β角并绷紧，小球处于静止状态，此力最小为（ ） A ．mgsin β B ．mgcos β C ．mgtan β D ．mgcotB 3．不可伸长的轻绳AO 和BO 下端共同系一个物体P ，细线长AO ＞BO ，A ，B 两端点在同一水平线上，开始时两线刚好绷直，如下左图所示.细线AO ，BO 的拉力分别为F A ，F B ，保持A ，B 在同一水平线上，使A ，B 逐渐远离的过程中，关于细线上的拉力F A ，B B 的大小随A ，B 间距离的变化情况是（ ） A ．F A 随距离增大而一直增大 B ．F A 随距离增大而一直减小 C ．F B 随距离增大而一直增大 D ．F B 随距离增大而一直减小 4．如图所示，A ，B 为相同的两个木块，叠放在水平的地面C 上，A ，B 用水平轻绳通过一个滑轮连接在一起，在滑轮上作用一个水平力F ，恰使A ，B 两个木块一起沿水平面向右做匀速直线运动，不计轻绳和滑轮的质量以及滑轮轴的摩擦.关于A 与B 间的摩擦力f 1与B 与C 间的摩擦力f 2的大小，有（ ） A ．f 1= 2f ，f 2=2 f B ．f 1=2 f ，f 2=f C ．f 1=0，f 2=f D ．条件不足，无法确定 5．如图所示，OA 为一遵守胡克定律的弹性轻绳，其一端固定在天花板上的O 点，另一端与静止在动摩擦因数恒定的水平面上的滑块A 相连.当绳处于竖直位置时，滑块A 与地面有压力作用.B 为一紧挨绳的光滑水平小钉，它到天花板的距离BO 等于弹性绳的自然长度.现用水平力F 作用于A ，使之向右做直线运动，在运动过程中，作用在A 上的摩擦力（ ） A ．逐渐增大 B ．逐渐减小 C ．保持不变 D ．条件不足，无法判断 二、多项选择题（每小题有多个选项符合题意）
高一物理动态平衡专题 习题和答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
高中物理动态平衡专题习题及答案 1. 如图所示，电灯悬挂于两墙之间，更换绳OA ，使连接点A 向上移，但保持O 点位置不变，则A 点向上移时，绳OA 的拉力( ) A ．逐渐增大 B ．逐渐减小 C ．先增大后减小 D ．先减小后增大 2. 如图所示，质量不计的定滑轮用轻绳悬挂在B 点，另一条轻绳一端系重物C ，绕过滑轮后，另一端固定在墙上A 点，若改变B 点位置使滑轮位置发生移动，但使A 段绳子始终保持水平，则可以判断悬点B 所受拉力F T 的大小变化情况是： ( ) A ．若 B 向左移，F T 将增大 B ．若B 向右移，F T 将增大 C ．无论B 向左、向右移，F T 都保持不变 D ．无论B 向左、向右移，F T 都减小 3.如图所示，绳子的两端分别固定在天花板上的A 、B 两点，开始在绳的中点O 挂一重物G ，绳子OA 、OB 的拉力分别为F 1、F 2。若把重物右移到O '点悬挂 （B O A O '<'），绳A O '和B O '中的拉力分别为' 1F 和' 2F ，则力的大小关系正确的是： ( ) A.'>11F F ，'>22F F B. '<11F F ,' <22F F C. '>11F F ，'<22F F D. '<11F F ，' >22F F 4.重力为G 的重物D 处于静止状态。如图所示，AC 和BC 两段绳子与竖直方向的夹角分别为α和β。α＋β＜90°。现保持α角不变，改变β角，使β角缓慢增大到90°，在β角增大过程中，AC 的张力T 1，BC 的张力T 2的变化情况为 ：( ) A B O A B O O '
平衡和协调功能评定 江苏省人民医院康复科罗予 平衡功能评定 定义 平衡是指人体不论处在某种位置,运动或受到外力推动时,只懂得调整姿势并维持所需要姿势的过程. 平衡反应,保护性伸展反应,跨步及跳跃反应,都是从小就学会的,是一种自动反应,平衡所提供的稳定性对一切技巧活动都是必需的. 平衡功能的正常反应 平衡受中脑和大脑皮质控制,属于高级水平的发育性反应. 平衡反应是一种自动反应,在某些情况下可以随时变化. 平衡反应可以通过训练获得,其控制要求具备完善的中枢神经系统和运动系统,包括视觉,前庭系统,本体感觉,精细触觉,神经系统的整合作用,有效的肌张力,肌力和耐力,关节的灵活性. 平衡的三种状态 静态平衡 人体在无外力的情况下维持某种姿势的过程. 自我动态平衡 人体在无外力作用下从一种姿势调整到另外一种姿势的过程. 他人动态平衡 人体在外力推动作用下调整姿势的过程. 平衡反应 正常儿童形成平衡反应的时间是:俯卧,6个月;仰卧,7~8个月;坐,7~8个月;蹲起,9~12个月;站立,12~21个月. 平衡反应的四种方式 第一种方式:患者取仰卧位,坐位或站立位,当身体的支撑点发生变化时,出现躯干向外力作用方向弯曲,同时肢体向外伸展. 第二种方式:患者取仰卧位,坐位或站位,由于身体的支撑点发生倾斜或移动面使重心移位,出现躯干向倾斜上方弯曲,同侧肢体向外伸展,对侧保护性伸展. 第三种方式:患者取坐位或站立位,此时向后推患者,出现足蚓状肌先收缩,随后足趾背屈,屈髋,躯干屈曲,上肢向前抬,最后头,肩向前. 第四种方式:患者取坐位或站立位,此时向前推患者,出现足趾先屈曲,然后足跟抬起,伸髋,躯干后伸,上肢向后摆,最后肩后伸,头后仰. 保护性伸展反应 当身体受到外力作用偏离原支撑点时,上肢或下肢后伸并外展,以支持身体,防止摔倒.正常儿童形成保护性伸展反应的时间是:上肢,4~6个月;下肢,6~9个月. 保护性伸展反应 当身体受到外力作用偏离原支撑点时,上肢和/或下肢后伸并外展,以支持身体,防止摔倒. 正常儿童形成保护性伸展反应的时间是:上肢,4~6个月;下肢,6~9个月. 跨步及跳跃反应 当外力使身体明显偏离支撑点时,最简便的方法就是向着被推方向快速跨出一步,改变支撑点而不是试图维持原有支撑点. 正常儿童形成跨步及跳跃反应的时间是15~18个月. 平衡功能的评定 可根据活动的完成情况进行以下分级
1． 如图所示，在一细绳B 点系住一重物，细绳AB 、BC 两端分别固定在竖直墙面上，使得AB 保持水平，BC 与水平方向成30o角，已知三段细绳最多都只能承受200N 的拉力；那么为使三段细绳都不断裂，BD 段最多能悬挂多重的物体? 1.100N 2．甲、乙两球的半径均为R ，质量相等，用轻绳悬挂起来，如图所示，已知AB 段绳的拉力为F=120N ，绳BD=BC=R ，求： （1）绳BD 和BC 受到的拉力T 。(2) 甲、乙两球间的相互作用力N 的大小。 69.28N 34.64 3．如图所示，A 、B 都是重物，A 被绕过小滑轮P 的细线所悬挂，B 放在粗糙的水平桌面上．滑轮P 被一根斜短线系于天花板上的O 点，O ′是三根细线的结点，细线bO ′水平拉着物体B ，cO ′沿竖直方向拉着弹簧．弹簧、细线、小滑轮的重力不计，细线与滑轮之间的摩擦力可忽略，整个装置处于静止状态．若悬挂小滑轮的斜线中的拉力是F ＝203N ，∠cO′a＝120°，重力加速度g 取10m/s2，则下列说法正确的是 (BC ) A ．弹簧的弹力为20N B ．重物A 的质量为2kg C ．桌面对物体B 的摩擦力为103N D ．细线OP 与竖直方向的夹角为60° 4．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α，重力加速度为g 。若接触面间的摩擦力忽略不计，求石块侧面所受弹力的大小为多少？ 解：楔形石块受力如图，根据力的合成可得： 2cos(90)mg F α=?-，所以0 2cos(90) 2sin mg mg F αα= =- 5、质量为kg m 4=的物体放置在粗糙的水平面上，如图在水平向右的N F 201=的作用下使其向右匀速运动。当改为斜向下的2F 作用时仍然可以使物体向右匀速运动，已知2F 与水平方向之间的夹角为0 37=α。（COS37° =0.8, Sin37°=0.6,g=10m/s2）试求: (1)2F 的大小？(2)在第(1)问的前提下,若该物体匀速运动的初速度是10 m/s,要使物体不撞到前方30m 处的障碍物,力2F 最多作用多长的时间?（若物体在水平面上运动，只受滑动摩擦阻力时，其加速度大小为5 m/s2） (1) N f m g N f F μ==-=-001 联立①②③代入数据 解得，5.0=μ 当施加2F 力时，对 α α m
专题 动态平衡中的三力问题 图解法分析动态平衡 在有关物体平衡的问题中，有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”。根据现行高考要求，物体受到往往是三个共点力问题，利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学中一个重点和难点，许多同学因不能掌握其规律往往无从下手，许多参考书的讨论常忽略几中情况，笔者整理后介绍如下。 方法一：三角形图解法。 特点：三角形图象法则适用于物体所受的三个力中，有一力的大小、方向均不变（通常为重力，也可能是 其它力），另一个力的方向不变，大小变化，第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法：先正确分析物体所受的三个力，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的 矢量延长，根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时，这个闭合三角形总是存在，只不过形状发生改变而已，比较这些不同形状的矢量三角形， 各力的大小及变化就一目了然了。 例1.1 如图1所示，一个重力G 的匀质球放在光 滑斜面上，斜面倾角为α，在斜面上有一光滑的 不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态。今 使板与斜面的夹角β缓慢增大，问：在此过程中， 挡板和斜面对球的压力大小如何变化？ 解析：取球为研究对象，如图1-2所示，球受重力G 、斜面支持力F 1、挡板支持力F 2。因为球始终处于平衡状态，故三个力的合力始终为零，将三个力矢量构成封闭的三角形。F 1的方向不变，但方向不变，始终与斜面垂直。F 2的大小、方向均改变，随着挡板逆时针转动时，F 2的方向也逆时针转动，动态矢量三角形图1-3中一画出的一系列虚线表示变化的F 2。由此可知，F 2先减小后增大，F 1随β增大而始终减小。 同种类型：例1.2所示，小球被轻质细绳系着，斜吊着放在光滑斜面上，小球质量 为m ，斜面倾角为θ，向右缓慢推动斜面，直到细线与斜面平行，在这个过程中， 绳上张力、斜面对小球的支持力的变化情况？（答案：绳上张力减小，斜面对小球 的支持力增大） 方法二：相似三角形法。 特点：相似三角形法适用于物体所受的三个力中，一个力大小、方向不变，其它二个力的方向均发生变化， 且三个力中没有二力保持垂直关系，但可以找到力构成的矢量三角形相似的几何三角形的问题 原理：先正确分析物体的受力，画出受力分析图，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形，再寻找与 力的三角形相似的几何三角形，利用相似三角形的性质，建立比例关系，把力的大小变化问题转化为几何三角形边长的大小变化问题进行讨论。 例2．一轻杆BO ，其O 端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO 上，B 端 挂一重物，且系一细绳，细绳跨过杆顶A 处的光滑小滑轮，用力F 拉 住，如图2-1所示。现将细绳缓慢往左拉，使杆BO 与杆A O 间的夹角 θ逐渐减少，则在此过程中，拉力F 及杆BO 所受压力F N 的大小变化情 况是( ) A ．F N 先减小，后增大 B .F N 始终不变 C ．F 先减小，后增大 D.F 始终不变 解析：取BO 杆的B 端为研究对象，受到绳子拉力(大小为F )、BO 杆的支持力F N 和悬挂重物的绳子的拉力(大小为G )的作用，将F N 与G 合成，其合力与F 等值反向，如图2-2所示，将三个力矢量构成封 闭的三角形(如图中画斜线部分)，力的三角形与几何三角形OBA 相似，利用相似三角形对 应边成比例可得：(如图2-2所示，设AO 高为H ，BO 长为L ，绳长l ,)l F L F H G N ==，式 中G 、H 、L 均不变，l 逐渐变小，所以可知F N 不变，F 逐渐变小。正确答案为选项B 同种类型：如图2-3 所示，光滑的半球形物体固定在水平地面上，球心正上方有一光
高一物理共点力平衡与动态分析练习题 1．倾斜长木板一端固定在水平轴O上，另一端缓慢放低，放在长木板上的物块m一直保持相对木板静止状态，如图所示．在这一过程中，物块m受到长木板支持力F N和摩擦力F f的大小变化情况是( ) A．F N变大，F f变大B．F N变小，F f变小 C．F N变大，F f变小D．F N变小，F f变大 2．如图所示，一均匀球放在倾角为α的光滑斜面和一光滑的挡板之间，挡板与斜面的夹角为θ设挡板对球的弹力为F l，斜面对球的弹力为F2，则当θ逐渐减小到θ＝α的过程中，下列说法正确的是( ) A．F1先减小后增大B．F1先增大后减小 C．F2减小D．F2增大 3．如图所示，电灯悬于两壁之间，保持O点及OB绳的位置 不变，而将绳端A点向上移动，则( ) A．绳OA所受的拉力逐渐增大 B．绳OA所受的拉力逐渐减小 C．绳OA所受的拉力先增大后减小 D．绳OA所受的拉力逐渐先减小后增大 4．把球夹在竖直墙和木板BC之间，不计摩擦．球对墙的压力为F N1，球对板的压力为 F N2．在将板BC逐渐放至水平的过程中，说法正确的是( ) A．F N1，F N2，都增大B．F N1，F N2，都减小 C．F Nl增大，F N2减小D．F N1减小，F N2增大 5 ．某一物体受到三个力作用，下列各组力中，能使的球挂在光滑的墙壁上，设绳的 ，当绳长增加时，下列说法正确的是( ) 拉力为F，球对墙的压力为F A．F，F N均不变B．F减小，F N增大 C．F增大，F N减小D．F减小，F N减小 6.半径为R的表面光滑的半球固定在水平面上。在距其最高点的正上方为h的悬点O，固定长L的轻绳一端，绳的另一端拴一个重为G的小球。小球静止在球面上，当绳长L逐渐变长时如图所示。则绳对小球的拉力T如何变化( )；支持力N如何变化( ) A．变大B．变小C．不变D．无法确定
动态平衡问题的特征是指物体的加速度和速度始终为零。解决动态平衡问题的方法一般采用解析法和图解法。解析法是列平衡方程，找出各力之间的关系进行判断,适合多力动态平衡问题；图解法是利用平行四边形定则或三角形定则，做出若干平衡状态的示意图，根据力的有向线段的长度和角度的变化确定力的大小和方向的变化情况，适合三力动态平衡问题。 1、用与竖直方向成θ角（θ＜45°）的倾斜轻绳a 和水平轻绳b 共同固定一个小球，这时绳b 的拉力为F1。现保持小球在原位置不动，使绳b 在原竖直平面内逆时转过θ角后固定，绳b 的拉力变为F2；再转过θ角固定，绳b 的拉力为F3， （ ） A ．F1=F3>F2 B ．F1 高一物理力与共点力平衡计算题 1．重500 N的物体放在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.3.当用180 N的水平力推物体时，物体所受的摩擦力大小为多少？当用100 N的水平力推物体时，物体所受的摩擦力大小为多少？ 2.如图所示,A、B的重力分别为5N和8N,各接触面间的动摩擦因数均为0.2,则要能从A下方拉出B所需的最小水平拉力为多少？这时系A的水平绳中的张力大小为多少？ 3.如图所示,在水平桌面上放一个重G A=20N的木块A,A与桌面间的动摩擦因数μ1=0.4,在A 上放有重G B=10N的木块B,B与A接触面间的动摩擦因数μ2=0.1,求: (1)使A和B一起匀速运动的水平拉力F？此时B受的摩擦力？ (2)若水平力F作用在B上,使B匀速运动时水平面给A的摩擦力多大 3.如图所示,水平面上有一重为40N的物体,受到F1=13N和F2=6N的水平力的作用而保持静止,F1与F2的方向相反.物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,设最大的静摩擦力等于滑动摩擦力.求: (1)物体所受摩擦力的大小和方向. (2)若只撤去F1,物体所受摩擦力的大小和方向. (3)若只撤去F2,物体所受摩擦力的大小和方向. 4.出门旅行时，在车站、机场等地有时会看见一些旅客推着行李箱，也有一些旅客拉着行李箱在地面上行走．为了了解两种方式哪种省力，我们作以下假设：行李箱的质量为m＝10kg，拉力F1、推力F2与水平方向的夹角均为θ＝37°(如下图所示)，行李箱与地面间为滑动摩擦力，动摩擦因数为μ＝0.2，行李箱都做匀速运动．试通过定量计算说明是拉箱子省力还是推箱子省力． 5．如图，质量为m的物块在质量为M的木板上向右滑动，木板不动。物块与木板间动摩擦因数μ1，木板与地面间动摩擦因数μ2。求：(1)木板受物块摩擦力的大小和方向；(2)木 第十五讲动态平衡专题 知识点动态平衡问题 在有关物体平衡的问题中，有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”。根据现行高考要求，物体受到往往是三个共点力问题，利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学中一个重点和难点，许多同学因不能掌握其规律往往无从下手，许多参考书的讨论常忽略几中情况。 方法一：三角形图解法。 特点：三角形图象法则适用于物体所受的三个力中，有一力的大小、方向均不变（通常为重力，也可能是其它力），另一个力的方向不变，大小变化，第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法：先正确分析物体所受的三个力，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的矢量延长，根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时，这个闭合三角形总是存在，只不过形状发生改变而已，比较这些不同形状的矢量三角形，各力的大小及变化就一目了然了。知识点动态平衡问题 【典例8】如图所示，一个重力G的匀质球放在光滑斜面上，斜面倾角为α，在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态。今使板与斜面的夹角β缓慢增大，问：在此过程中，挡板和斜面对球的压力大小如何变化？ 【典例9】用绳AO、BO悬挂一个重物，BO水平，O为半圆形支架的圆心，悬点A和B在支架上。悬点A固定不动，结点O保持不动，将悬点B从图中所示位置逐渐移动到C点的过程中，分析绳OA和绳OB上的拉力的大小变化情况。 方法二：相似三角形法。 特点：相似三角形法适用于物体所受的三个力中，一个力大小、方向不变，其它二个力的方向均发生变化，且三个力中没有二力保持垂直关系，但可以找到力构成的矢量三角形相似的几何三角形 的问题。 原理：先正确分析物体的受力，画出受力分析图，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形，再寻找与力的三角形相似的几何三角形，利用相似三角形的性质，建立比例关系，把力的大小变化问题转化为几何三角形边长的大小变化问题进行讨论。 方法三：作辅助圆法 特点：作辅助圆法适用的问题类型可分为两种情况：①物体所受的三个力中，开始时两个力的夹角为90°，且其中一个力大小、方向不变，另两个力大小、方向都在改变，但动态平衡时两个力的夹角不变。②物体所受的三个力中，开始时两个力的夹角为90°，且其中一个力大小、方向不变，动态平衡时一个力大小不变、方向改变，另一个力大小、方向都改变。 原理：先正确分析物体的受力，画出受力分析图，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形，第一种情况以不变的力为弦作个圆，在辅助的圆中可容易画出两力夹角不变的力的矢量三角形，从而轻易判断各力的变化情况。第二种情况以大小不变，方向变化的力为直径作一个辅助圆，在辅助的圆中可容易画出一个力大小不变、方向改变的的力的矢量三角形，从而轻易判断各力的变化情况。 【典例10】一轻杆BO，其O端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO上，B端挂一重物，且系一细绳，细绳跨过杆顶A处的光滑小滑轮，用力F拉住，如图2-1所示。现将细绳缓慢往左拉，使杆BO与杆A O 间的夹角θ逐渐减少，则在此过程中，拉力F及杆BO所受压力F N的大小变化情况是( ) A．F N先减小，后增大 B.F N始终不变C．F先减小，后增大 D.F始终不变 【典例11】如图所示，物体G用两根绳子悬挂，开始时绳OA水平，现将两绳同时顺时针转过90°，且保持两绳之间的夹角α不变) 90 (0 > α，物体保持静止状态，在旋转过程中，设绳OA的拉力为F1，绳OB的拉力为F2，则（）。 (A)F1先减小后增大 (B)F1先增大后减小 (C)F2逐渐减小 (D)F2最终变为零 动态平衡问题 苗贺铭 动态平衡问题是高中物理平衡问题中的一个难点，学生不掌握问题的根本和规律，就不能解决该类问题，一些教学资料中对动态平衡问题归纳还不够全面。因此，本文对动态平衡问题的常见解法梳理如下。 所谓的动态平衡，就是通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢变化的平衡问题，物体在任意时刻都处于平衡状态，动态平衡问题中往往是三力平衡。即三个力能围成一个闭合的矢量三角形。 一、图解法 方法：对研究对象受力分析，将三个力的示意图首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的矢量延长，根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时，这个闭合三角形总是存在，只不过形状发生改变而已，比较这些不同形状的矢量三角形的边长，各力的大小及变化就一目了然了。 例题1如图所示,一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对球的压力大小为F N1,球对木板的压力大小为F N2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置.不计摩擦,在此过切程中( ) A.F N1始终减小 B. F N2始终减小 C. F N1先增大后减小 D. F N2先减小后增大 解析：以小球为研究对象，分析受力情况：重力G、 墙面的支持力和木板的支持力，如图所示：由矢量三 角形可知：始终减小，始终减小。 归纳：三角形图象法则适用于物体所受的三个力中，有一力的大小、方向均不变（通常为重力，也可能是其它力），另一个力的方向不变，大小变化，第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 二、解析法 方法：物体处于动态平衡状态时，对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，得到自变量与应变量的函数关系，由自变量的关系确定应变量的关系。 例题2.1倾斜长木板一端固定在水平轴O上，另一端缓慢放低，放在长木板上的物块m 一直保持相对木板静止状态，如图所示．在这一过程中，物块m受到长木板支持力F N和摩擦力F f的大小变化情况是（） A. F N变大，F f变大 B. F N变小，F f变小 C. F N变大，F f变小 D. F N变小，F f变大 解析：设木板倾角为θ 根据平衡条件：F N=mgcosθ F f=mgsinθ 可见θ减小，则F N变大，F f变小； 共点力平衡练习 一、选择题 1.下列叙述中正确的是（ ） A 、只有静止的物体，才能说它处于平衡状态 B 、只有做匀速直线运动的物体，才能说它处于平衡状态 C 、竖直上抛的物体上升到最高点时，速度为零，这时物体也处于平衡状态 D 、在共点力作用下,物体无论静止还是运动,只要受到的合外力为零,它就处于平衡状态 2.四个共点力F 1、F 2、F 3、F 4作用下物体的平衡条件不可以表述为（ ） A 、F 1、F 2、F 3、F 4的合力为零 B 、F 1、F 2、F 3的合力与F 4大小相等，方向相反 C 、F 1、F 2的合力与F 3、F 4的合力相同 D 、F 1、F 2的合力与F 3、F 4的合力大小相等，方向相反 3.物体分别受到下列各组共点力作用，有可能出于平衡状态的是（ ） A 、3N 、3N 、3N B 、2N 、3N 、7N C 、1N 、2N 、4N D 、20N 、15N 、10N 、50N 4.如图所示，水平力F 把一个物体紧压在竖直墙上，物体静止不动，则可知（ ） A 、F 增大时静摩擦力也增大 B 、静摩擦力方向竖直向下 C 、静摩擦力大小等于F D 、静摩擦力大小等于重力 5.如图，物体A 静止在固定的斜面B 上，下列说法中正确的是（ ） A 、A 受重力、弹力、摩擦力和下滑力的作用 B 、A 对B 的压力就是A 的重力垂直于斜面B 的分力 C 、A 对B 的作用力的方向竖直向下 D 、B 对A 的作用力方向是垂直于斜面的 6.如图所示，物体受到四个在同一水平面上的共点力作用而处于平衡状态，若保持其他力不变，使F 4绕作用点顺时针方向转过90°，则该物体此时所受 合力的大小为（ ） A 、4F 2 B 、2F 4 C 、F 4 D 、4F 3 7.如图所示，两个长方体木块A 、B 叠放在粗糙的水平地面上，用水平向右的力F 拉下面的物体B ，使它们一起沿水平面向右匀速运动，此时B 对A 的摩擦力应为 （ ） A 、方向向左 B 、方向向右 C 、方向可能向左，也可能向右 D 、不存在摩擦力 8.三个长方体木块如图所示叠放，且用两个大小分别为1N 和2N 、方向相反的水平拉力拉它们，但三木块仍静止，则接触面1、2、3上相互作用的摩擦力大小分 别为（ ） A 、1N 、1N 、1N 、 B 、1N 、2N 、3N C 、1N 、3N 、1N D 、1N 、2N 、1N A B高一物理共点力平衡计算题
高一物理-动态平衡专题
(完整版)动态平衡问题常见解法
共点力平衡练习基础题(供参考)
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