最新专题--图解法处理动态平衡问题

第03讲解决动态平衡问题的五种方法通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢地变化，物体在这一变化过程中始终处于一系列的平衡状态中，这种平衡称为动态平衡。

解决此类问题的基本思路是化“动”为“静”，“静”中求“动”，具体有以下三种方法：(一)解析法对研究对象进行受力分析，先画出受力示意图，再根据物体的平衡条件列式求解，得到因变量与自变量的一般函数表达式，最后根据自变量的变化确定因变量的变化。

(二)结论法若合力不变，两等大分力夹角变大，则分力变大.若分力大小不变，两等大分力夹角变大，则合力变小.1、粗细均匀的电线架在A、B两根电线杆之间。

由于热胀冷缩，电线在夏、冬两季呈现如图所示的两种形状，若电线杆始终处于竖直状态，下列说法中正确的是( )A．冬季，电线对电线杆的拉力较大B．夏季，电线对电线杆的拉力较大C．夏季与冬季，电线对电线杆的拉力一样大D．夏季，电线杆对地面的压力较大2、如图所示，体操吊环运动有一个高难度的动作就是先双手撑住吊环（图甲），然后身体下移，双臂缓慢张开到图乙位置，则在此过程中，吊环的两根绳的拉力FT（两个拉力大小相等）及它们的合力F的大小变化情况为（）A．FT 减小，F不变B．FT增大，F不变C．FT 增大，F减小D．FT增大，F增大3、如图所示，硬杆BC一端固定在墙上的B点，另一端装有滑轮C，重物D用绳拴住通过滑轮固定于墙上的A点。

若杆、滑轮及绳的质量和摩擦均不计，将绳的固定端从A点稍向下移，则在移动过程中( )A.绳的拉力、滑轮对绳的作用力都增大B.绳的拉力减小，滑轮对绳的作用力增大C.绳的拉力不变，滑轮对绳的作用力增大D.绳的拉力、滑轮对绳的作用力都不变(三)图解法此法常用于求解三力平衡且有一个力是恒力、另有一个力方向不变的问题。

一般按照以下流程解题。

1、如图所示，小球用细绳系住放在倾角为θ的光滑斜面上，当细绳由水平方向逐渐向上偏移时，细绳上的拉力将( )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、半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有一固定放置的竖直挡板MN．在半圆柱体P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于平衡状态，如图所示是这个装置的截面图．现使MN保持竖直并且缓慢地向右平移，在Q滑落到地面之前，发现P始终保持静止．则在此过程中，下列说法中正确的是（）A．MN对Q的弹力逐渐减小B．P对Q的弹力逐渐增大C．地面对P的摩擦力逐渐增大D．Q所受的合力逐渐增大3、如图所示，挡板固定在斜面上，滑块m在斜面上，上表面呈弧形且左端最薄，球M搁在挡板与弧形滑块上，一切摩擦均不计，用平行于斜面的拉力F拉住弧形滑块，使球与滑块均静止。

微专题13动态平衡问题1．三力动态平衡常用解析法、图解法、相似三角形法、正弦定理法等：(1)若一力恒定还有一个力方向不变，第三个力大小、方向都变时可用图解法；(2)若另两个力大小、方向都变，且有几何三角形与力的三角形相似的可用相似三角形法；(3)若另外两个力大小、方向都变，且知道力的三角形中各角的变化规律的可用正弦定理；(4)若另外两个力大小、方向都变，且这两个力的夹角不变的可用等效圆周角不变法或正弦定理.2.多力动态平衡问题常用解析法．1.光滑斜面上固定着一根刚性圆弧形细杆，小球通过轻绳与细杆相连，此时轻绳处于水平方向，球心恰位于圆弧形细杆的圆心处，如图所示．将悬点A 缓慢沿杆向上移动，直到轻绳处于竖直方向，在这个过程中，轻绳的拉力()A ．逐渐增大B ．大小不变C ．先减小后增大D ．先增大后减小答案C 解析方法一图解法：在悬点A 缓慢向上移动的过程中，小球始终处于平衡状态，小球所受重力mg 的大小和方向都不变，支持力的方向不变，对小球进行受力分析如图甲所示，由图可知，拉力F T 先减小后增大，C 正确．方法二解析法：如图乙所示，由正弦定理得F T sin α＝mg sin β，得F T ＝mg sin αsin β，由于mg 和sin α不变，而sin β先增大后减小，可得F T 先减小后增大，C 正确．2．质量为m 的球置于倾角为θ的光滑固定斜面上，被与斜面垂直的光滑挡板挡着，如图所示．当挡板从图示位置沿逆时针缓慢转动至水平位置的过程中，挡板对球的弹力F N1和斜面对球的弹力F N2的变化情况是()A．F N1先增大后减小B．F N1先减小后增大C．F N2逐渐增大D．F N2逐渐减小答案D解析对球受力分析如图，当挡板逆时针缓慢转动到水平位置时，挡板对球的弹力逐渐增大，斜面对球的弹力逐渐减小，故选D.3.(2023·湖南郴州市质检)如图所示，斜面体置于粗糙水平面上，光滑小球被轻质细线系住放在斜面上，细线另一端跨过光滑定滑轮，用力拉细线使小球沿斜面缓慢向上移动一小段距离，斜面体始终静止．则在小球移动过程中()A．细线对小球的拉力变大B．斜面体对小球的支持力变大C．斜面体对地面的压力变大D．地面对斜面体的摩擦力变大答案A解析对小球受力分析并合成矢量三角形．如图所示，重力大小、方向不变，支持力方向不变，细线拉力方向由图甲中实线变为虚线，细线对小球的拉力增大，斜面体对小球的支持力减小，A正确，B错误；甲乙对斜面体受力分析，正交分解：F N′sinα＝F f，F N地＝F N′cosα＋Mg，根据牛顿第三定律，小球对斜面体的压力F N′减小，所以地面对斜面体的摩擦力减小，地面对斜面体的支持力减小，根据牛顿第三定律，斜面体对地面的压力减小，C、D错误．4.(多选)(2023·安徽蚌埠市高三月考)如图，轻杆一端连在光滑的铰链上，另一端固定着质量为m的小球，初始时，在球上施加作用力F使杆处于水平静止，力F和杆的夹角α＝120°.现保持α角不变，改变力F的大小缓慢向上旋转轻杆，直至杆与水平方向成60°角，在这个过程中()A．力F逐渐增大B．力F逐渐减小C．杆对小球的弹力先增大后减小D．杆对小球的弹力先减小后增大答案BD解析由于轻杆一端连在光滑的铰链上，故杆对小球的作用力始终沿着杆的方向，设转动过程中杆与竖直方向夹角为θ，由平衡条件可得，垂直杆方向满足F sin60°＝mg sinθ，杆转过60°过程，θ从90°减小到30°，可知力F逐渐减小，A错误，B正确；沿杆方向满足F杆＝F cosmg·sin(θ－60°)，可知当θ＝60°时，F杆＝0，故θ60°－mg cosθ，联立上述两式可得F杆＝233从90°减小到30°的过程，杆对小球的弹力先减小为零后反向增大，C错误，D正确．5.在一些地表矿的开采点，有一些简易的举升机械，利用图示装置，通过轻绳和滑轮提升重物．轻绳a端固定在井壁的M点，另一端系在光滑的轻质滑环N上，滑环N套在光滑竖直杆上．轻绳b的下端系在滑环N上并绕过定滑轮．滑轮和绳的摩擦不计．在右侧地面上拉动轻绳b使重物缓慢上升过程中，下列说法正确的是()A．绳a的拉力变大B．绳b的拉力变大C．杆对滑环的弹力变大D．绳b的拉力始终比绳a的小答案D解析设a绳子总长为L，左端井壁与竖直杆之间的距离为d，动滑轮左侧绳长为L1，右侧绳长为L2.由于绳子a上的拉力处处相等，所以两绳与竖直方向夹角相等，设为θ则由几何知识，得d ＝L 1sin θ＋L 2sin θ＝(L 1＋L 2)sin θ，L 1＋L 2＝L 得到sin θ＝d L，当滑环N 缓慢向上移动时，d 、L 没有变化，则θ不变．绳子a 的拉力大小为F T1，重物的重力为G .以动滑轮为研究对象，根据平衡条件得2F T1cos θ＝G ，解得F T1＝G 2cos θ，故当θ不变时，绳子a 拉力F T1不变，A 错误；以滑环N 为研究对象，绳b 的拉力为F T2，则F T2＝F T1cos θ保持不变；杆对滑环的弹力F N ＝F T1sin θ保持不变，B 、C 错误；绳b 的拉力F T2＝F T1cos θ，所以绳b 的拉力F T2始终比绳a 的拉力F T1小，D 正确.6.某小区晾晒区的并排等高门形晾衣架A ′ABB ′－C ′CDD ′如图所示，AB 、CD 杆均水平，不可伸长的轻绳的一端M 固定在AB 中点上，另一端N 系在C 点，一衣架(含所挂衣物)的挂钩可在轻绳上无摩擦滑动．将轻绳N 端从C 点沿CD 方向缓慢移动至D 点，整个过程中衣物始终没有着地．则此过程中轻绳上张力大小的变化情况是()A ．一直减小B ．先减小后增大C ．一直增大D ．先增大后减小答案B 解析轻绳N 端由C 点沿CD 方向缓慢移动至D 点的过程中，衣架两侧轻绳与水平方向的夹角先增大后减小，设该夹角为θ，轻绳上的张力为F ，由平衡条件有2F sin θ＝mg ，故F ＝mg 2sin θ，可见张力大小先减小后增大，B 项正确.7．如图所示，半径为R 的圆环竖直放置，长度为R 的不可伸长的轻细绳OA 、OB ,一端固定在圆环上，另一端在圆心O 处连接并悬挂一质量为m 的重物，初始时OA 绳处于水平状态，把圆环沿地面向右缓慢转动，直到OA 绳处于竖直状态，在这个过程中()A ．OA 绳的拉力逐渐增大B ．OA 绳的拉力先增大后减小C ．OB 绳的拉力先增大后减小D ．OB 绳的拉力先减小后增大答案B 解析以重物为研究对象，重物受到重力mg 、OA 绳的拉力F 1、OB 绳的拉力F 2三个力而平衡，构成矢量三角形，置于几何圆中如图所示．在转动的过程中，OA 绳的拉力F 1先增大，转过直径后开始减小，OB 绳的拉力F 2开始处于直径上，转动后一直减小，B 正确，A 、C 、D 错误.8．(2023·山东青岛市模拟)我国的新疆棉以绒长、品质好、产量高著称于世，目前新疆地区的棉田大部分是通过如图甲所示的自动采棉机采收．自动采棉机在采摘棉花的同时将棉花打包成圆柱形棉包，通过采棉机后侧可以旋转的支架平稳将其放下，这个过程可以简化为如图乙所示模型：质量为m 的棉包放在“V ”型挡板上，两板间夹角为120°固定不变，“V ”型挡板可绕O 轴在竖直面内转动．在使OB 板由水平位置顺时针缓慢转动到竖直位置过程中，忽略“V ”型挡板对棉包的摩擦力，已知重力加速度为g ，下列说法正确的是()A ．棉包对OA 板的压力逐渐增大B ．棉包对OB 板的压力先增大后减小C ．当OB 板转过30°时，棉包对OB 板的作用力大小为mgD ．当OB 板转过60°时，棉包对OA 板的作用力大小为mg答案D 解析对棉包受力分析如图，(a)由正弦定理可得mg sin 120°＝F OB sin β＝F OA sin α，棉包在旋转过程中α从0逐渐变大，β从60°逐渐减小，因此OB 板由水平位置缓慢转动60°过程中，棉包对OA 板压力逐渐增大，对OB 板压力逐渐减小；OB 板继续转动直至竖直的过程中，棉包脱离OB 板并沿OA 板滑下，棉包对OA 板压(b)力随板转动逐渐减小，故A 、B 错误；当OB 板转过30°时，两板与水平方向夹角均为30°，两板支持力大小相等，与竖直方向夹角为30°，如图(b)，可得F OA ′＝F OB ′＝33mg ，故C 错误；当OB 板转过60°时，OA 板处于水平位置，棉包只受到受力和OA 板的支持力，由二力平衡得F OA ″＝mg ，故D 正确．9．(2023·上海市模拟)如图所示，细绳一端固定在A 点，另一端跨过与A 等高的光滑定滑轮B 后悬挂一个砂桶Q (含砂子)．现有另一个砂桶P (含砂子)通过光滑挂钩挂在A 、B 之间的细绳上，稳定后挂钩下降至C 点，∠ACB ＝120°，下列说法正确的是()A ．若只增加Q 桶中的砂子，再次平衡后P 桶位置不变B ．若只增加P 桶中的砂子，再次平衡后P 桶位置不变C ．若在两桶内增加相同质量的砂子，再次平衡后P 桶位置不变D ．若在两桶内增加相同质量的砂子，再次平衡后Q 桶位置上升答案C 解析对砂桶Q 分析有，Q 受到细绳的拉力大小F T ＝G Q ，设AC 、BC 之间的夹角为θ，对C点分析可知C 点受三个力而平衡，由题意知，C 点两侧的绳张力相等，故有2F T cosθ2＝G P ，联立可得2G Q cos θ2＝G P ，故只增加Q 桶中的砂子，即只增加G Q ，夹角θ变大，P 桶上升，只增加P 桶中的砂子，即只增加G P ，夹角θ变小，P 桶下降，故A 、B 错误；由2G Q cosθ2＝G P ，可知，当θ＝120°时有G Q ＝G P ，此时若在两砂桶内增加相同质量的砂子，上式依然成立，则P 桶的位置不变，故C 正确，D 错误．10.如图所示，一光滑的轻滑轮用细绳OO ′悬挂于O 点．另一细绳跨过滑轮，左端悬挂物块a ，右端系一位于水平粗糙桌面上的物块b .外力F 向右上方拉b ，整个系统处于静止状态．若保持F 的方向不变，逐渐增大F 的大小，物块b 仍保持静止状态，则下列说法中正确的是()A ．桌面受到的压力逐渐增大B．连接物块a、b的绳子张力逐渐减小C．物块b与桌面间的摩擦力一定逐渐增大D．悬挂于O点的细绳OO′中的张力保持不变答案D解析由于整个系统处于静止状态，所以滑轮两侧连接a和b的绳子的夹角不变；物块a只受重力以及绳子的拉力，由于物块a平衡，则连接a和b的绳子张力F T保持不变；由于绳子的张力及夹角均不变，所以OO′中的张力保持不变，B错误，D正确；对b分析可知，b处于静止即平衡状态，设绳子和水平方向的夹角为θ，力F和水平方向的夹角为α，对b受力分析，由平衡条件可得F N＋F sinα＋F T sinθ＝mg，可得F N＝mg－F sinα－F T sinθ，θ与α均保持不变，绳子拉力不变，力F增大，则桌面给物块b的支持力减小，根据牛顿第三定律，桌面受到的压力逐渐减小；在水平方向上，当力F的水平分力大于和绳子拉力F T的水平分力时，则有F cosα＝F f＋F T cosθ，此时摩擦力随着F增大而增大，当力F的水平分力小于和绳子拉力的水平分力时，则有F cosα＋F f＝F T cosθ，此时摩擦力随着F的增大而减小，A、C错误．11.(多选)(2023·陕西渭南市模拟)质量为m的物体，放在质量为M的斜面(倾角为α)体上，斜面体放在水平粗糙的地面上，物体和斜面体均处于静止状态，如图所示．当在物体上施加一个水平力F，且F由零逐渐加大到F m的过程中，物体和斜面体仍保持静止状态．在此过程中，下列判断正确的是()A．斜面体对物体的支持力逐渐增大B．斜面体对物体的摩擦力逐渐增大C．地面受到的压力逐渐增大D．地面对斜面体的摩擦力由零逐渐增大到F m答案AD解析对物体进行研究，物体受到重力mg、水平推力F、斜面的支持力F N1(如图甲，摩擦力F f1不确定)当F＝0时，物体受到的静摩擦力大小为F f1＝mg sinα，方向沿斜面向上，支持力F N1＝mg cos α.在F不为零时，斜面体对物体的支持力F N1＝mg cosα＋F sinα，所以支持力逐渐增大；对于静摩擦力，当F cosα≤mg sinα时，静摩擦力大小F f1＝mg sinα－F cosα，可见随F的增大而减小，当F cos α＞mg sin α时，静摩擦力F f1＝F cos α－mg sin α，随F 的增大而增大，故A 正确，B 错误；对于整体，受到总重力(M ＋m )g 、地面的支持力F N2、静摩擦力F f2和水平推力F ，如图乙，由平衡条件得F N2＝(m ＋M )g ，地面的摩擦力F f2＝F ，可见，当F 增大时，F f2逐渐增大．由牛顿第三定律得知，地面受到的压力保持不变，地面对斜面体的摩擦力由零逐渐增大到F m ，故C 错误，D 正确．12．(2023·河南洛阳市模拟)《大国工匠》节目中讲述了王进利用“秋千法”在1000kV 的高压线上带电作业的过程．如图所示，绝缘轻绳OD 一端固定在高压线杆塔上的O 点，另一端固定在兜篮D 上．另一绝缘轻绳跨过固定在杆塔上C 点的定滑轮，一端连接兜篮，另一端由工人控制．身穿屏蔽服的王进坐在兜篮里，缓慢地从C 点运动到处于O 点正下方E 点的电缆处．绳OD 一直处于伸直状态，兜篮、王进及携带的设备总质量为m ，可看作质点，不计一切阻力，重力加速度大小为g .关于王进从C 点缓慢运动到E 点的过程中，下列说法正确的是()A ．绳OD 的拉力一直变小B ．工人对绳的拉力一直变大C ．OD 、CD 两绳拉力的合力小于mgD ．当绳CD 与竖直方向的夹角为30°时，工人对绳的拉力为33mg 答案D 解析对兜篮、王进及携带的设备整体受力分析，绳OD 的拉力为F 1，与竖直方向的夹角为θ；绳CD 的拉力为F 2，与竖直方向的夹角为α，则由几何关系得α＝45°－θ2.由正弦定理可得F 1sin α＝F 2sin θ＝mg sin π2＋α ，解得F 1＝mg tan α，F 2＝mg sin θcos α＝mg cos 2αcos α＝mg (2cos α－1cos α)，α增大，θ减小，则F 1增大，F 2减小，A 、B 错误；两绳拉力的合力大小等于mg ，C 错误；当α＝30°时，则θ＝30°，根据平衡条件有2F 2cos 30°＝mg ，可得F 2＝33mg ，D 正确．。

2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题11 共点力作用下的动态平衡问题特训目标特训内容目标1 解析法处理动态平衡问题（1T—4T）目标2 图解法处理动态平衡问题（5T—8T）目标3 三角形相似法处理动态平衡问题（9T—12T）目标4 拉密定理（正弦定理）法处理动态平衡问题（13T—16T）一、解析法处理动态平衡问题1．如图所示，四根等长的细绳一端分别系于水桶上关于桶面圆心对称的两点，另一端被两人用同样大小的力1F、2F提起，使桶在空中处于静止状态，其中1F、2F与细绳之间的夹角均为θ，相邻两细绳之间的夹角均为α，不计绳的质量，下列说法正确的是（）A．保持θ角不变，逐渐缓慢增大α角，则桶所受合力逐渐增大B．保持θ角不变，逐渐缓慢增大α角，则细绳上的拉力逐渐增大C．若仅使细绳长变长，则细绳上的拉力变大D．若仅使细绳长变长，则1F变大【答案】B【详解】AB．保持θ角不变，逐渐增大α角，由于桶的重力不变，则1F、2F会变大，由F1=2T cosθ可知，绳上的拉力变大，但桶处于平衡状态，合力为零，选项A错误、B正确；CD．保持α角不变，则1F、2F大小不变，若仅使绳长变长，则θ角变小，由F1=2T cosθ可知，绳上的拉力变小，选项C、D错误。

故选B。

2．如图所示，甲、乙两建筑工人用简单机械装置将工件从地面提升并运送到楼顶。

当重物提升到一定高度后，两工人保持位置不动，甲通过缓慢释放手中的绳子，使乙能够用一始终水平的轻绳将工件缓慢向左拉动，最后工件运送至乙所在位置，完成工件的运送。

若两绳端始终在同一水平面上，绳的重力及滑轮的摩擦不计，滑轮大小忽略不计，则在工件向左移动过程中（）A．甲手中绳子上的拉力不断变小B．楼顶对甲的支持力不断增大C．楼顶对甲的摩擦力等于对乙的摩擦力D．乙手中绳子上的拉力不断增大【答案】D【详解】AD．开始时甲手中绳子上的拉力大小等于工件的重力，当工件向左移动时，甲手中绳子的拉力等于工件的重力和乙手中绳子上的拉力的合力大小，如图所示，可知甲、乙手中的绳子拉力均不断增大，A错误，D正确；B ．设θ为甲手中的绳子与竖直方向的夹角，对甲受力分析有T f sin F F θ=甲；T N cos F F m g θ+=甲 工件向左运动时，F T 增大，工人甲位置不变，即θ不变，楼顶对甲的支持力不断减小，B 错误；C ．对乙受力分析楼顶对乙的摩擦力大小等于乙手中的绳子的拉力，设工件和滑轮之间的绳子与竖直方向的夹角为ϕ，则T T sin F F ϕ=乙即T sin F F ϕ=ｆ乙由于ϕθ<则f f F F <乙甲，C 错误。

ʏ杨鈺诣通过控制某些物理量,使得物体的运动状态缓慢发生变化,物体在其运动状态发生缓慢变化的过程中处于平衡状态,构成动态平衡问题㊂解决动态平衡问题的基本思路是化 动 为 静 ,在 静 中求 动 ㊂解决动态平衡问题的基本方法是图解法,即在同一个图中画出研究对象在动态变化过程中所受力的情况,根据矢量图中各边的长度变化和各角的度数变化确定力的大小和方向的变化㊂下面举例分析㊂一㊁画力的平行四边形图示若物体在三个力作用下处于动态平衡状态,其中一个力是恒力,第二个力的方向不变而大小变化,第三个力的大小和方向均变化,则可以在同一个图中画出物体在多个状态下所受力的平行四边形,根据平行四边形各边的长度变化和各角的度数变化确定力的大小和方向的变化㊂图1例1 如图1所示,质量为m 的重物系在轻绳O C 的C 端,等长的轻绳O A ㊁O B 和轻绳O C 的结点O 为半圆形支架的圆心,轻绳O A 的A 端固定在半圆形支架上,轻绳O B 的B 端可以从半圆形支架的右侧底端向最高点D 平滑移动㊂将轻绳O B 的B 端沿支架从其右侧底端逐渐移至最高点D 的过程中,结点O 的位置保持不变,下列说法正确的是( )㊂A .轻绳O A 的拉力一直减小B .轻绳O A 的拉力先减小后增大C .轻绳O B 的拉力先增大后减小D .轻绳O B的拉力先减小后增大将轻绳O B 的B 端沿支架从其右侧底端逐渐移至最高点D 的过程中,结点O 受到轻绳O C 的拉力T C 等于重物的重力m g ,是一个恒力,轻绳O A 的拉力T A 的方向不变而大小变化,轻绳O B的拉力T B 的大小和方向均变化㊂选结点O 为研究对象,结点O 受到的拉力T A 和T B 的合力与T C 等大反向㊂作出结点O 所受力的平行四边形,如图2所示㊂观察图像易知,T A 逐渐减小,T B 先减小后增大,且当轻绳O B 与O A 垂直时,T B 取最小值㊂图2答案:AD图3拓展1:如图3所示,轻绳一端拴接一小球P ,另一端固定在光滑竖直墙壁上的O 点,在墙壁和小球P 之间夹有一矩形物块Q ㊂最初小球P 和物块Q 均处于静止状态,若改变轻绳的长度,则下列说法中正确的是( )㊂A .若轻绳变短,则物块Q 受到的静摩擦力将变大B .若轻绳变短,则轻绳的拉力将变小C .若轻绳变长,则物块Q 受到的静摩擦力将变大D .若轻绳变长,则轻绳的拉力将变小答案:D 提示:物块Q 受到重力m Q g ㊁墙壁的弹力N ㊁小球P 对它的压力F 和静摩擦力f 四个力作用处于平衡状态,根据平衡条件得f =m Q g ,即物块Q 受到的静摩擦力与轻绳的长短无关㊂小球P 受到重力m P g ㊁轻绳的拉力T ㊁物块Q 对它的支持力F '和静96物理部分㊃经典题突破方法 高一使用 2022年7 8月摩擦力f '四个力作用处于平衡状态,其中静摩擦力f '(f '=f =m Q g )和重力m P g 的合力恒定,支持力F '的方向不变而大小变化,拉力T 的大小和方向均变化,可以将小球P 的四力平衡问题等效为三力平衡问题㊂作出 图4小球P 所受力的平行四边形,如图4所示㊂当轻绳变短时,轻绳与竖直方向之间的夹角变大,轻绳的拉力T 变大;当轻绳变长时,轻绳与竖直方向之间的夹角变小,轻绳的拉力T 变小㊂二㊁画力的矢量三角形图示若物体在三个力作用下处于动态平衡状态,其中一个力是恒力,另外两个力的大小和方向均变化,则可以在同一个图中画出物体在多个状态下所受力的矢量三角形,根据三角形各边的长度变化和各角的度数变化确定力的大小和方向的变化㊂ 图5例2 如图5所示,质量为m 的重物用轻绳B C 悬挂在天花板上,轻绳O A 一端系在轻绳B C 上的O 点,另一端A 位于右侧竖直墙壁上,为了使重物向竖直墙壁靠近,将轻绳O A 的A 端沿竖直墙壁缓慢向上移动㊂在这个过程中,下列说法正确的是( )㊂A .轻绳O A 的拉力一直增大B .轻绳O A 的拉力先增大后减小C .轻绳O B 的拉力一直减小D .轻绳O B的拉力先减小后增大在轻绳O A 的A 端沿竖直墙壁缓慢向上移动的过程中,结点O 受到O A ㊁O B ㊁O C 三段轻绳的拉力处于动态平衡状态,其中轻绳O C 的拉力T C 等于重物的重力m g ,是一个恒力,轻绳O A ㊁O B 的拉力T A ㊁T B 的大小和方向均变化㊂选结点O 为研究对象,结点O 受到的拉力T A 和T B 的合力与T C 等大反向㊂作出结点O 所受力的矢量三角形,如图6所示,其中图6әO A D 表示轻绳O A 的A 端沿竖直墙壁向上移动前结点O 所受力的矢量三角形,әO A 'D 表示轻绳O A 的A 端沿竖直墙壁向上移动一段距离后结点O 所受力的矢量三角形,比较两个三角形各边的长度得O A '>O A ,A 'D <A D ,因此轻绳O A 的拉力T A 增大,轻绳O B 的拉力T B 减小㊂答案:A C图7拓展2:如图7所示,质量为M 的半球体固定在水平面上,质量为m 的光滑小球放置在光滑半球面上,被竖直放置的光滑挡板挡住,处于静止状态㊂现水平向右缓慢地移动挡板,使得小球沿半球面缓慢下滑,则在小球沿半球面下滑的过程中,挡板对小球的弹力F ㊁半球面对小球的支持力N 的变化情况是( )㊂A .弹力F 增大,支持力N 减小B .弹力F 增大,支持力N 增大C .弹力F 减小,支持力N 减小D .弹力F 减小,支持力N 增大答案:B 提示:小球受到重力m g ㊁挡板对它的弹力F ㊁半球面对它的支持力N 三个力作用处于动态平衡状态,其中重力m g 恒定,弹力F 的方向不变而大小变化,支持力图8N 的大小和方向均变化,且重力m g 与弹力F 相互垂直㊂作出小球所受力的矢量三角形,如图8所示㊂观察图像易知,随着挡板向右移动,弹力F 和支持力N 均增大㊂三㊁作辅助圆1.若物体在三个力作用下处于动态平衡状态,其中一个力是恒力,第二个力的大小不变而方向变化,第三个力的大小和方向均变化,则可以利用圆的半径都相等的几何关系,以恒力的作用点为圆心,以第二个力的大小为半径作一个圆,作出物体在不同状态下所受力的平行四边形,根据平行四边形各边的7 物理部分㊃经典题突破方法 高一使用 2022年7 8月长度变化和各角的度数变化确定力的大小和方向的变化㊂图9例3 如图9所示,橡皮条自由下垂时,其下端结点位于D 点,用A ㊁B 两个弹簧秤钩住橡皮条下端结点,同时拉动两弹簧秤,使得橡皮条下端结点由D 点移动到E 点,此时弹簧秤A与竖直方向之间的夹角为α,弹簧秤B 与竖直方向之间的夹角为β,且α+β<90ʎ㊂现保持弹簧秤A 的读数不变,使得α角缓慢减小,欲使橡皮条下端结点保持处于E 点位置不变,则下列方法中可行的是( )㊂A .使弹簧秤B 的读数变大,β角变大B .使弹簧秤B 的读数变大,β角变小C .使弹簧秤B 的读数变小,β角变小D .使弹簧秤B 的读数变小,β角变大橡皮条下端结点保持处于E 点位置不变,结点受到弹簧秤A 的拉力T A ㊁弹簧秤B 的拉力T B ㊁橡皮条的弹力F 三个力作用,处于动态平衡状态㊂A ㊁B 两个弹簧秤对结点拉力的合力保持不变,与橡皮条的弹力等大反向;弹簧秤A 的拉力T A 的大小不变而方向变化;弹簧秤B 的拉力T B 的大小和方向均变化㊂橡皮条下端结点位于E 点时,结点受到弹簧秤A 的拉力T A ㊁弹簧秤B 的拉力T B ㊁橡皮条的弹力F 三个力作用,以E 点为圆心,以拉力T A 的大小为半径作一辅助圆,则 图10弹簧秤B 的拉力T B 的大小必等于圆上任意一点到C 点线段的长度,如图10所示㊂观察图像易知,随着α角缓慢减小,拉力T B 的大小和β角均逐渐减小㊂答案:C拓展3:若初始状态下α+β>90ʎ,则利用画出的辅助圆分析可得,拉力T B 的大小依然变小,但β角将会出现变大㊁不变㊁变小三种可能情况㊂2.若物体在三个力作用下处于动态平衡状态,其中一个力是恒力,另外两个力的大小和方向均变化,但另外两个力之间的夹角保持不变,则可以利用圆中同一个弦所对应的圆周角(在弦的同一侧)都相等的几何关系,以不变的力为弦作一个圆,在这个圆中作出物体在不同状态下所受力的矢量三角形,根据三角形各边的长度变化和各角的度数变化确定力的大小和方向的变化㊂图11例4 如图11所示,轻绳两端固定在一硬质支架上的A ㊁B 两点,在轻绳中点O 拴接一质量为m 的重物㊂现将支架沿顺时针方向在竖直面内缓慢旋转,使轻绳O A 从水平位置转到竖直位置的过程中,轻绳O A 的拉力F A 和轻绳O B 的拉力F B 的大小变化情况是( )㊂A .拉力F A 先增大后减小,拉力F B 一直减小B .拉力F A 先增大后减小,拉力F B 一直增大C .拉力F A 先减小后增大,拉力F B 先增大后减小D .拉力F A 先减小后增大,拉力F B 先减小后增大在支架沿顺时针方向在竖直面内缓慢旋转,使轻绳O A 从水平位置转到竖直位置的过程中,结点O 在重物的重力m g ㊁轻绳O A 的拉力F A ㊁轻绳O B 的拉力F B 三个力的作用下,处于动态平衡状态,其中重力m g 为恒力,拉力F A 和F B 的大小和方向均变化,但是拉力F A 和F B 之间的夹角保持不变㊂选结点O 为研究对象,作出初始状态下 图12结点O 所受力的矢量三角形的外接圆,并在这个圆中作出随着支架转动,拉力F A ㊁F B 和重力m g 构成的多个矢量三角形,如图12所示㊂观察图像易知,拉力F A 先增大后减小,拉力F B 一直减小㊂答案:A作者单位:扬州大学物理科学与技术学院(责任编辑 张 巧)17物理部分㊃经典题突破方法 高一使用 2022年7 8月。

浅析力学中的动态平衡问题物体受到几个共点力的作用，其中某部分力是变力，即为动态力，在所有力共同作用下物体的状态发生缓慢变化，变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态，这就是所谓的动态平衡问题。

该类问题是高考中的高频考点，也是教与学中的重点、难点，本人结合教学实际，对动态平衡问题进行归类剖析，希望对该部分的教与学有所帮助。

一、图解法（一）平行四边形雏形法或三角形雏形法该种方法分析物体动态平衡问题时，一般物体只受三个力作用，且其中一个力大小、方向均不变为恒力，另一个力的方向不变，第三个力大小、方向均变化。

由三力平衡的规律可知，两变力的合力与恒力等大方向，这就说明在两变力合成合力的矢量图中，对角线的大小方向是确定的，其中一个分力的方向不变，则表示该分力方向所在的直线与大小方向确定的对角线可组一个成平行四边形雏形或三角形雏形，当第三个力的方向确定一次，就组成一个点完整的平行四边形或三角形，依据第三个力的方向变化范围，就可对应做出平行四边形或三角形动态变化过程，从而可以确定各力的变化情景。

【例1】如图所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点，现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力F N以及绳对小球的拉力F T的变化情况是怎样的？[解析] 小球受的重力不变，支持力的方向不变，绳的拉力的大小、方向都改变。

以小球为研究对象，受力分析如图所示。

在小球上升到接近斜面顶端的过程中，mg的大小和方向都不变，即F N与F T的合力F＝mg不变。

F N的方向不变，用表示F N方向所在的直线与表示F的有向线段组成一个平行四边形雏形或三角形雏形，F T与水平方向的夹角由大于斜面倾角α的某一值逐渐减小至趋于零，由此做出平行四边形或三角形的动态变化过程图，由图可知，F T先减小，当F T与F N 垂直(即绳与斜面平行)时达到最小，然后开始增大，F T先减小后增大；由图还可判定F N不断增大。

专题四 图解法分析动态平衡问题编 季茂元 审 高一物理组一、所谓图解法就是通过平行四边形的邻边和对角线长短的关系或变化情况，做一些较为复杂的定性分析，从图形上一下就可以看出结果，得出结论。

1、题型特点：（1）物体受三个力。

（2）三个力中一个力是恒力，一个力的方向不变，由于第三个力的方向变化，而使该力和方向不变的力的大小发生变化，但二者合力不变。

2、解题思路：（1）明确研究对象。

（2）分析物体的受力。

（3）用力的合成或力的分解作平行四边形（也可简化为矢量三角形）。

（4）正确找出力的变化方向。

（5）根据有向线段的长度变化判断各个力的变化情况。

3、注意几点：（1）哪个是恒力，哪个是方向不变的力，哪个是方向变化的力。

（2）正确判断力的变化方向及方向变化的范围。

（3）力的方向在变化的过程中，力的大小是否存在极值问题。

专题训练1．半圆形支架BAD 上悬着两细绳OA 和OB ，结于圆心O ，下悬重为G 的物体，使OA 绳固定不动，将OB 绳的B 端沿半圆支架从水平位置缓慢移到竖直位置C 的过程中（如图），分析OA 绳和OB 绳所受力的大小如何变化。

2．如图，电灯悬挂于两墙之间，更换水平绳OA 使连结点A 向上移动而保持O 点的位置不变，则A 点向上移动时（ ） A ．绳OA 的拉力逐渐增大 B ．绳OA 的拉力逐渐减小 C ．绳OA 的拉力先增大后减小D ．绳OA 的拉力先减小后增大AO3．如图，用细绳将重球悬挂在竖直光滑墙上，当绳伸长时（ ） A ．绳的拉力变小，墙对球的弹力变大 B ．绳的拉力变小，墙对球的弹力变小 C ．绳的拉力变大，墙对球的弹力变小 D ．绳的拉力变大，墙对球的弹力变大4．如图，均匀光滑的小球放在光滑的墙壁与木板之间，图中 30=θ，当将θ角缓慢增大至接近 90的过程中（ ） A ．小球施于木板的压力不断增大 B ．小球施于墙的压力不断减小 C ．小球对墙壁的压力始终小于mg D ．小球对木板的压力始终大于mg5．在共点力的合成实验中，如图，使弹簧秤b 按图示的位置开始顺时针方向缓慢转 90角，在这个过程中，保持O 点位置不动，a 弹簧秤的拉伸方向不变，则整个过程中关于a 、b 弹簧的读数变化是（ ）A ．a 增大，b 减小B ．a 减小，b 减小C ．a 减小，b 先减小后增大D ．a 先减小后增大6.如图所示，把球夹在竖直墙AC 和木板BC 之间，不计摩擦，球对墙的压力为F N １，球对板的压力为F N 2．在将板BC 逐渐放至水平的过程中，下列说法中，正确的是（ ） A ．F N １和F N 2都增大 B ．F N １和F N 2都减小 C ．F N １增大，F N 2减小 D ．F N １减小，F N 2增大7．如图所示，重为G 的光滑球系在一细绳上，细绳通过一小滑轮向水平方向拉球，使它沿光滑墙面缓慢上升．球在上升过程中，拉力T 和压力N 的大小如何变化（ ）θA ．T 和N 都增大B ．T 和N 都减小C ．T 增大，N 减小D ．T 减小，N 增大8．如图所示，质量为m 的小球被轻绳系着，光滑斜面倾角为θ，向左缓慢推动劈，在这个过程中（ ）A ．绳上张力先增大后减小B ．斜劈对小球支持力减小C ．绳上张力先减小后增大D ．斜劈对小球支持力增大9．电灯悬挂于两墙之间，如图所示，使接点A 上移，但保持O 点位置不变，则A 点上移过程中，绳OB 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10．如图所示，轻支杆BC 一端用光滑铰链固定于B 点，另一端C 固定一滑轮，重物m 用轻绳通过C 固定于墙上A 点，若杆、滑轮质量均不计，将绳端A 沿墙稍向下移，再使之平衡，则：（ ）A ．绳的拉力，BC 受压力都增大B ．绳拉力减小，BC 受压力增大 C ．绳的拉力不变，BC 受压力增大D ．绳拉力，BC 受压力均不变11．如图，一个均质球重为G ，放在光滑斜面上，倾角为α，在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球。

动态平衡问题1.动态平衡问题：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，从宏观上看，物体是运动变化的，但从微观上理解是平衡的，即任一时刻物体均处于平衡状态。

2.图解法：对研究对象进行受力分析，再根据三角形定则画出不同状态下的力的矢量图（画在同一个图中），然后根据有向线段（表示力）的长度变化判断各力的变化情况。

3.图解法分析动态平衡问题，往往涉及三个力，其中一个力为恒力，另一个力方向不变，但大小发生变化，第三个力则随外界条件的变化而变化，包括大小和方向都变化。

解答此类“动态型”问题时，一定要认清哪些因素保持不变，哪些因素是改变的，这是解答动态问题的关键4.典型例题：例1：半圆形支架BCD上悬着两细绳OA和OB，结于圆心O，下悬重为G的物体，使OA绳固定不动，将OB绳的B端沿半圆支架从水平位置逐渐移至竖直的位置C的过程中，如图所示，分析OA绳和OB绳所受力的大小如何变化？例2：如图所示，把球夹在竖直墙AC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，下列说法中，正确的是（）A．F N１和F N2都增大B．F N１和F N2都减小C．F N１增大，F N2减小D．F N１减小，F N2增大思考：1如图所示，电灯悬挂于两壁之间，更换水平绳OA使连结点A向上移动而保持O点的位置不变，则A点向上移动时（）A．绳OA的拉力逐渐增大；B．绳OA的拉力逐渐减小；C．绳OA的拉力先增大后减小；D．绳OA的拉力先减小后增大。

例3：如图所示，一个重为G的匀质球放在光滑斜直面上，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，球对挡板和球对斜面的压力大小如何变化？思考：2.如图所示，细绳一端与光滑小球连接，另一端系在竖直墙壁上的A点，当缩短细绳小球缓慢上移的过程中，细绳对小球的拉力、墙壁对小球的弹力如何变化？思考：3重G 的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。

动态平衡问题的几种解法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”。

下面就介绍几种动态平衡问题的解题方法。

方法一：图解法（三角形法则）原理：当物体受三力作用而处于平衡状态时，其合力为零，三个力的矢量依次恰好首尾相连，构成闭合三角形，当物体所受三个力中二个发生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。

例题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，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，球受重力G、斜面支持力F1、挡板支持力F2。

因为球始终处于平衡状态，故三个力的合力始终为零，三个力构成封闭的三角形。

挡板逆时针转动时，F2的方向也逆时针转动，F1的方向不变，作出如图2所示的动态矢量三角形。

由图可知，F2先减小后增大，F1随增大而始终减小。

点评：三角形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，也可以是其它力），另一个力的大小变化，第三个力则大小、方向均发生变化的问题，对变化过程进行定性的分析。

方法二：解析法原理：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，根据具体情况引入参量，建立平衡方程，求出应变参量与自变参量的一般函数关系，然后根据自变量的变化确定应变量的变化。

例题2：如图3所示，小船用绳索拉向岸边，设船在水中运动时所受水的阻力不变，那么小船在匀速靠岸过程中，下面说法哪些是正确的（）A. 绳子的拉力F不断增大B. 绳子的拉力F不变C. 船所受的浮力不断减小D. 船所受的浮力不断增大解析：小船共受四个力作用：重力G、浮力F浮、水的阻力f、绳子拉力F。

矢量三角形解决动态平衡问题
在工程力学中，矢量三角形是一种常用的图解法，用于解决动态平衡问题。

动
态平衡是指物体处于平衡状态，但是受到外部作用力时，物体仍然可以保持平衡。

矢量三角形法可以帮助我们计算物体所需的平衡力。

矢量三角形法的基本原理是根据平衡条件，在力的作用线上绘制三个力的矢量，并按照矢量的几何关系进行合成。

这个过程可以通过将矢量按照规定的比例放置在一个平面上，并按照三角形法则相加得到平衡力。

具体地说，我们可以按照以下步骤进行操作：
1. 绘制力的作用线：根据题目中给出的力的作用线，我们可以在一个力的作用
线上标记出力的方向和大小。

2. 绘制矢量三角形：沿着力的作用线，将已知的力的矢量图形按照比例绘制在
一个平面上。

确保力的起点和终点都位于同一直线上。

这样我们就得到了一个矢量三角形。

3. 求解平衡力：根据矢量三角形法则，将矢量三角形中的各个矢量相加。

通过
计算所有力的矢量之和，我们可以得到所需的平衡力。

该平衡力具有合力和方向，使物体能够保持平衡。

总的来说，矢量三角形法通过图解的方式，将给定的力按比例放置在一个平面上，并通过矢量相加得出平衡力。

这种方法适用于解决动态平衡问题，如悬挂物体、力的合成等。

在解决实际问题时，我们需要根据具体的题目要求和提供的数据，使用矢量三角形法进行计算，以解决动态平衡问题。