共点力动态平衡中受力分析的三种类型和五种方法
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高二物理《受力分析共点力的平衡》知识点总结
一、受力分析整体法与隔离法的应用
1. 受力分析的基本思路
2.受力分析的常用方法
(1)整体法;(2)隔离法;(3)假设法.
二、动态平衡问题
1. 共点力的平衡
(1)平衡状态:物体处于静止或匀速直线运动状态,称为平衡状态;
(2)平衡条件:物体所受合力为零,即F合=0,若采用正交分解法求平衡问题,则平衡条件是F x合=0,F y合=0;
(3)常用推论:
①二力平衡:二力等大反向;
②三力平衡:任意两个力的合力与第三个力等大反向;
③多力平衡:其中任意一个力与其余几个力的合力等大反向。
2.动态平衡:物体所受的力一部分是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变化,但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态,所以叫动态平衡。
3.动态平衡问题的分析方法。
受力分析与共点力的平衡目录题型一受力分析与整体法和隔离法的应用题型二共点力的静态平衡类型1合成法求解共点力静态平衡类型2正交分解法求解共点力静态平衡类型3相似三角形法求解共点力静态平衡类型4正弦定理求解共点力静态平衡类型5整体法、隔离法解决共点力静态平衡题型三动态平衡问题类型1 “一力恒定,另一力方向不变”的动态平衡问题类型2 “一力恒定,另两力方向均变化”的动态平衡问题类型3轻绳套轻环的动态平衡模型题型四平衡中的临界、极值问题受力分析与整体法和隔离法的应用【解题指导】1.受力分析的两种顺序:(1)先场力再弹力后摩擦力,接触力要逐个接触面排查.(2)先已知的力、确定的力,而后再结合运动状态推断未知的力、不确定的力.(2)多个物体系统问题通常整体法和隔离法交替使用.(3)三重检验:(4)明确各力的施力物体、受力物体.(5)判断研究对象是否能保持原来运动状态.(3)换角度(整体隔离)或换研究对象(相邻的物体)再次受力分析,判断两次分析是否一致.1(2023春·浙江·高三校联考阶段练习)如图所示,一质量为0.3kg的白板擦静止在竖直磁性白板上,现给白板擦一个恒定的水平推力4.0N,重力加速度g取10m/s2,则推力作用后()A.白板擦可能做水平方向匀速直线运动B.白板擦可能做匀加直线运动C.白板擦受到的摩擦力大小为5.0ND.白板擦共受6个力2(2023春·四川宜宾·校考期中)如图所示,M、N两物体叠放在一起,在恒力F作用下,一起沿竖直墙向上做匀加速直线运动,则关于两物体受力情况的说法正确的是()A.物体M一定受到5个力B.物体N可能受到4个力C.物体M与墙之间一定有弹力和摩擦力D.物体M与N之间一定有摩擦力3(2023秋·山东青岛·高三统考期末)如图,在恒力F作用下,a、b两物体保持静止,关于它们的受力情况,下列说法正确的是()A.a可能受到四个力B.b一定受到四个力A.a对b的作用力垂直二者的接触面B.b与墙壁之间可能有弹力和摩擦力4(2023秋·山东临沂·校考期末)如图所示,质量为M的斜面体静止在水平地面上,质量为m的滑块沿着斜面向下做加速运动,斜面体始终处于静止状态。
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先减小后增加答案C【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答案D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。
高中物理共点力动态平衡问题常见题型总结一、共点力平衡的概念所谓共点力平衡,讲的就是在共点力的作用下,物体处于静止或者匀速直线运动的状态,当物体处于静止状态的时候,叫做静态平衡,而当物体处于匀速直线运动状态的时候,叫做动态平衡。
这两种状态都是平衡状态,所以物体受到的合外力都是零。
共点力平衡的题型也可以分为静态平衡和动态平衡两类。
其中静态平衡主要是通过力的合成和分解进行求解,这里不多赘述;而动态平衡问题是学生普遍错的比较多,也比较难以理解的,接下来将主要分析这类问题的题型和解法。
二、共点力动态平衡问题的解法一:解析法解析法是对研究对象进行受力分析,画出受力分析图,并根据物体的平衡条件列出方程,得到力与力之间的函数关系,一般会涉及到一个变化角度的三角函数。
解析法比较适合题目中有明显角度变化的题型,比如:【例1】如图所示,小船用绳牵引靠岸,设水的阻力不变,在小船匀速靠岸的过程中,有()A.绳子的拉力不断减小B.绳子的拉力不断增大C.船受的浮力减小D.船受的浮力不变这个题是比较常见的拉小船的问题,解题的时候可以先对小船进行受力分析,小船受到重力mg,水的浮力Fn,拉力F以及水的阻力f,在这四个力中,重力mg和水的阻力f是不变的,Fn方向不变,大小改变,F大小和方向都在变。
由于小船处于匀速直线运动中,所以受力平衡,设拉力与水平方向的夹角为θ,有:Fcosθ=f ①;Fn+Fsinθ=mg ②;再根据小船在靠岸过程中θ增大,则cosθ减小,sinθ增大,由①得F=f/cosθ,F增大;由②得Fn=mg-Fsinθ,F和sinθ都在增大,所以Fn减小。
最后答案选BC。
三、共点力动态平衡问题的解法二:图解法图解法是对研究对象进行受力分析,再根据平行四边形法则或是三角形定则画出不同情况下的矢量图,然后根据有向线段的长度与方向变化,判断各个力的大小和方向的变化。
图解法比较常用,尤其适合受到三个力作用处于平衡状态的题型。
高一上物理共点力作用下的平衡专题及3种受力分析方法姓名:___________ 班级:___________一、物体受两个力平衡(即二力平衡),这两个力大小相等,方向相反。
二、如果物体受三个力平衡:(1)其中两个力的合力与第三个力等大反向则平衡。
(合成法)(分解法)(2)也可以分解第三个力,让被分解的这两个力与其余两个力分别抵消,则三个力就平衡。
(3)如果三个力首位依次相连可以组成一个封闭的三角形,则这三个力也是合力为零,即平衡。
这个方法称为三角形法,这个方法是最优的求静态平衡和动态平衡的方法。
(正交分解)(4)如果物体受三个或三个以上的力平衡,一般用正交分解法,建立直角坐标系时,尽量使更多的力落在坐标轴上,让后把不在坐标轴上的力分解到坐标轴上,如果最后x轴,y轴合力都分别为零,则物体整体合力为零,即平衡。
正交分解不用按力的效果分解。
三、静态平衡:1.(多选)如图所示,竖直放置的轻弹簧一端固定在地面上,另一端与斜面体P相连,P与斜放在其上固定的挡板MN接触且处于静止状态,则斜面体P此刻受到的外力的个数有可能是()A.2个B.3个C.4个D.5个2.(斜面上的物体所受摩擦力的问题要特别注意多解性)如图,斜面A放在水平地面上.物块B放在斜面上,有一水平力F作用在B上时,A、B均保持静止.A受到水平地面的静摩擦力为f1,B受到A的静摩擦力为f2,现使F逐渐增大,但仍使A、B处于静止状态,则()A.f1一定增大B.f1、f2都不一定增大C.f1、f2均增大D.f2一定增大3.一质量为m的物块恰好静止在倾角为θ的斜面上。
现对物块施加一个竖直向下的恒力F,如图所示。
则物块()A.仍处于静止状态B.沿斜面加速下滑C.受到的摩擦力不变D.受到的合外力增大4.如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心,一质量为m的小滑块,在水平力F的作用下静止于P点。
设滑块所受支持力为F N,OP与水平方向的夹角为θ.下列关系正确的是()A.F=mgsinθB.F=mgcosθC.F N=D.F N=mgtanθ5.如图,滑块A置于水平地面上,滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直),此时A恰好不滑动,B刚好不下滑。
浅析力学中的动态平衡问题关键词:图解法;解析法;相似三角形法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。
1.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以及绳N的变化情况是怎样的?对小球的拉力FT[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FN 与FT的合力F=mg不变。
FN的方向不变,用表示FN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,FT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,FT 先减小,当FT与FN垂直(即绳与斜面平行)时达到最小,然后开始增大,FT先减小后增大;由图还可判定FN不断增大。
专题7 受力分析、共点力的平衡一.受力分析力学中三种常见性质力1.重力:(1)方向:竖直向下(2)作用点:重心2.(1)有多少个接触面(点)就有可能有多少个弹力(2)常见的弹力的方向:弹簧对物体的弹力方向:与弹簧恢复原长的方向相同绳子对物体的弹力:沿着绳子收缩的方向.面弹力(压力,支持力):垂直于接触面指向受力的物体.3.摩擦力(1)有多少个接触面就有可能有多少个摩擦力(2)静摩擦力方向:与相对运动的趋势方向相反(3)滑动摩擦力的方向:与相对运动方向相反二.受力分析1.步骤(1).确定研究对象(受力物体):可以是一个整体,也可以个体(隔离分析)注意:只分析外界给研究对象的力,研究对象给别人的力不分析(2). 受力分析要看物体的运动状态:静止还是运动2.顺序:(1)外力:外力可以方向不变地平移(2)重力(3)接触面的力(弹力,摩擦力)先弹力:看有几个接触面(点)。
判断面上若有挤压,则垂直于接触面有弹力。
其次摩擦力:若有相对运动或者相对运动趋势,则平行于接触面有摩擦力分析完一个面(点),再分析其他面(点)3.检验:是否多画力或者漏画力检查每一个力的施力物体是否都是别的物体三.题型:分类静止水平面竖直面运动斜面二、共点力的平衡1.共点力作用于物体的或力的相交于一点的力.2.平衡状态(1)物体保持或的状态.(2)通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢变化的过程(动态平衡).物体的速度为零和物体处于静止状态是一回事吗?提示:物体处于静止状态,不但速度为零,而且加速度(或合外力)为零.有时,物体速度为零,但加速度不一定为零,如竖直上抛的物体到达最高点时;摆球摆到最高点时,加速度都不为零,都不属于平衡状态.因此,物体的速度为零与静止状态不是一回事.3.共点力的平衡条件F 合= 或者⎩⎪⎨⎪⎧Fx 合=Fy 合=4.平衡条件的推论(1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小 ,方向 ,为一对 .(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与其余两个力的合力大小 ,方向 ;(3)多力平衡:如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与其余几个力的合力大小 ,方向 .一.物体受力分析试对下列物体受力分析。
第二章第3单元受力分析共点力的平衡(3)【学习目标】1、知道什么是动态平衡问题【教学内容】一、什么是动态平衡问题“动态平衡”是指物体所受力中的一局部力是变力,是动态力,力的大小或方向在持续变化,而物体仍时刻处于平衡状态所以叫动态平衡。
二、求解动态平衡问题的常用方法:1、函数表达式讨论法:通过对题目中力的求解,写出力关于某个物理量(常为θ)的变化关系,然后讨论变化规律【例1】如下图,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N1,球对木板的压力大小为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,在此过程中()A.N1始终减小,N2始终增大B.N1始终减小,N2始终减小C.N1先增大后减小,N2始终减小D.N1先增大后减小,N2先减小后增大【例2】如下图,两根等长的绳子AB和BC吊一重物静止,两根绳子与水平方向夹角均为60°,现保持A端位置不变,将C端位置沿水平方向缓慢地向右移动,在这个过程中,绳子BC的拉力变化情况是()A.增大B.先减小,后增大C.减小D.先增大,后减小【变式训练1】如下图,在竖直放置的穹形光滑支架上,一根不可伸长的轻绳通过轻质滑轮悬挂一重物G.现将轻绳的一端固定于支架上的A点,另一端从B点沿支架缓慢地向C点靠近(C点与A点等高).则绳中拉力大小变化的情况是( )A.先变小后变大B.先变小后不变C.先变大后不变D.先变大后变小2、图解法:就是在对物体实行受力分析的基础上,根据平行四边形定则(或三角形定则)作出各力的方向和大小,并进一步分析力的变化情况的方法。
【例3】如下图,一小球在斜面上处于静止状态,不考虑一切摩擦,假如把竖直挡板由竖直位置缓慢绕O点转至水平位置,则此过程中球对挡板的压力F1和球对斜面的压力F2的变化情况是()A.B球对斜面的压力不变B .A 球对挡板的压力逐渐减小C .A 、B 两球间的弹力逐渐增大D .A 球对斜面的压力逐渐减小【变式训练2】如下图,质量均为m 的小球A 、B 用两根不可伸长的轻绳连接后悬挂于O 点,在外力F 的作用下,小球A 、B处于静止状态。
三力平衡通解技巧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,许多同学因不能掌握其规律往往无从下手。
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图1-1图1-2F 1GF 2图1-3三角形,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。
求解共点力平衡问题的十一种方法(附详细答案)求解共点力平衡问题的方法共点力平衡问题是高考中的热点,涉及多方面的数学和物理知识,对于刚入学的高一新生来说是一大难点。
以下介绍几种解决共点力平衡问题的方法。
1.力的合成法当物体在三个共点力的作用下处于平衡状态时,任意两个力的合力一定与第三个力大小相等,方向相反。
例如,如图所示,质量为m的物体悬挂在轻质支架上,斜梁OB与竖直方向的夹角为θ(A、B点可以自由转动)。
设水平横梁OA和斜梁OB作用于O点的弹力分别为F1和F2,则正确的结果是F1=mgsinθ,F2=mgcosθ。
2.力的分解法在实际问题中,一般根据力产生的实际作用效果分解。
例如,如图所示,在倾角为θ的斜面上,放一质量为m的光滑小球,球被竖直的木板挡住,则球对挡板的压力和球对斜面的压力分别是多少?3.正交分解法解多个共点力作用下物体平衡问题的方法,常用正交分解法列平衡方程求解。
为方便计算,建立坐标系时以尽可能多的力落在坐标轴上为原则。
例如,如图所示,重力为500N的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200N的物体,当绳与水平面成60°角时,物体静止。
不计滑轮与绳的摩擦,求地面对人的支持力和摩擦力。
4.相似三角形法根据平衡条件并结合力的合成与分解的方法,把三个平衡力转化为三角形的三条边,利用力的三角形与空间的三角形的相似规律求解。
5.其他方法例如,如图所示,固定在水平面上的光滑半球半径为R,球心的正上方C处固定一个小定滑轮,细线一端拴一小球置于半球面上A点,另一端绕过定滑轮,缓慢地拉向B点,则此过程中小球对半球的压力大小FN、细线的拉力大小FT的变化情况是FN不变、FT变小。
6.长度问题例如,如图所示,两根长度相等的轻绳下端悬挂一质量为m物体,上端分别固定在天花板M、N两点,M、N之间距离为S。
已知两绳所能承受的最大拉力均为T,则每根绳长度不得短于S/√2.五、用图解法处理动态平衡问题三角形法是一种处理物体平衡问题的方法,适用于受三力作用而平衡的物体。
共点力平衡的几种解法1.力的合成、分解法:对于三力平衡,一般根据“任意两个力的合力与第三个力等大反向”的关系,借助三角函数、相似三角形等手段求解;或将某一个力分解到另外两个力的反方向上,得到的这两个分力势必与另外两个力等大、反向;对于多个力的平衡,利用先分解再合成的正交分解法。
2.矢量三角形法:物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时,这三个力的矢量箭头首尾相接,构成一个矢量三角形;反之,若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形,则这三个力的合力必为零,利用三角形法,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力。
矢量三角形作图分析法,优点是直观、简便,但它仅适于处理三力平衡问题。
3.相似三角形法:相似三角形法,通常寻找的是一个矢量三角形与三个结构(几何)三角形相似,这一方法也仅能处理三力平衡问题。
4.正弦定理法:三力平衡时,三个力可构成一封闭三角形,若由题设条件寻找到角度关系,则可用正弦定理列式求解。
5.三力汇交原理:如果一个物体受到三个不平行外力的作用而平衡,这三个力的作用线必在同一平面上,而且必为共点力。
6.正交分解法:将各力分别分解到x轴上和y轴上,运用两坐标轴上的合力等于零的条件,多用干三个以上共点力作用下的物体的平衡,值得注意的是,对“x、y方向选择时,尽可能使落在x、y轴上的力多;被分解的力尽可能是已知力。
不宜分解待求力。
7.动态作图:如果一个物体受到三个不平行外力的作用而处于平衡,其中一个力为恒力,第二个力的方向一定,讨论第二个力的大小和第三个力的大小和方向。
三.重难点分析:1.怎样根据物体平衡条件,确定共点力问题中未知力的方向?在大量的三力体(杆)物体的平衡问题中,最常见的是已知两个力,求第三个未知力。
解决这类问题时,首先作两个已知力的示意图,让这两个力的作用线或它的反向延长线相交,则该物体所受的第三个力(即未知力)的作用线必定通过上述两个已知力的作用线的交点,然后根据几何关系确定该力的方向(夹角),最后可采用力的合成、力的分解、拉密定理、正交分解等数学方法求解。
第04讲共点力的平衡知识图谱受力分析中的整体法和隔离法知识精讲一.整体法和隔离法的基本思想1.选择研究的对象选择研究对象是解决物理问题的首要环节。
在很多物理问题中,研究对象的选择方案是多样的,研究对象的选取方法不同会影响求解的繁简程度。
隔离法与整体法都是物理解题的基本方法。
2.整体法整体法就是对物理问题的整个系统进行研究的方法。
如果由几个物体组成的系统具有相同的加速度,一般可用整体法求加速度,但整体法不能求出系统的内力。
3.隔离法分析系统内各物理之间的相互作用时,需要选用隔离法,一般隔离受力较少的物体。
在某些情况下,解答一个问题时要多次选取研究对象,需要整体法与隔离法交叉使用,通常先整体后隔离。
二.受力分析中的整体法和隔离法的应用1.整体法的应用例如,在粗糙水平面上有一个三角形木块abc,在它的两个粗糙斜面上分别放两个质量为m1、m2的木块,且m1>m2,如图所示。
已知三角形木块和两物体都静止,讨论粗糙水平面与三角形木块之间的摩擦力问题。
这个问题的一种求解方法是:分别隔离1m 、2m 和三角形木块进行受力分析,利用牛顿第三定律及平衡条件讨论确定三角形木块与粗糙水平面间的摩擦力。
采用整体法求解更为简捷:由于1m 、2m 和三角形木块相对静止,故可以看成一个不规则的整体,以这一整体为研究对象,显然在竖直平面上只受重力和支持力作用,在水平方向上没有外力。
2.整体法和隔离法的综合应用不计物体间相互作用的内力,一般首先考虑整体法。
利用整体法,涉及的研究对象少,未知量少,方程少,求解简便;对于大多数动力学问题,单纯采用整体法并不一定能解决,通常采用整体法与隔离法相结合的方法。
举例说明(1),如下图,质量均为1kg 的10块相同的砖,平行紧靠成一直线放在光滑的地面上,第1块砖受到10N 的水平力作用,讨论第7块砖对第8块砖的压力的大小。
本题需要灵活选用整体和隔离思想求解,首先由整体法求出加速度,再将后3块和前7块作为两个整体来考虑,再用隔离求解。
共点力作用下的动态平衡问题1.动态平衡“动态平衡”是指物体所受的力一部分是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变化,但变化过程中的每一个定态均可视为平衡状态,所以叫动态平衡,这是力平衡问题中的一类难题。
一般题目中会出现“缓缓”“缓慢”“慢慢”等关键词,体现了“动”中有“静”,“静”中有“动”的思想。
2. 基本思路化“动”为“静”,“静”中求“动”。
3.分析动态平衡问题的三种方法(1)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。
(2)图解法此法常用于求解三力平衡且有一个力是恒力、另外一个力方向不变的问题。
一般按照以下流程解题。
(3)相似三角形法在三力平衡问题中,如果有一个力是恒力,另外两个力方向都变化,且题目给出了空间几何关系,多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似,可利用相似三角形对应边成比例进行计算。
【例1】质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上,用水平力F拉着绳的中点O,使OA段绳偏离竖直方向一定角度,如图所示。
设绳OA段拉力的大小为T,若保持O点位置不变,则当力F的方向顺时针缓慢旋转至竖直方向的过程中()A.F先变大后变小,T逐渐变小B.F先变大后变小,T逐渐变大C.F先变小后变大,T逐渐变小D.F先变小后变大,T逐渐变大【例2】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()A.F N保持不变,F T不断增大B.F N不断增大,F T不断减小C.F N保持不变,F T先增大后减小D.F N不断增大,F T先减小后增大【例3】(多选)如图所示,在粗糙水平地面上放着一个截面为四分之一圆弧的柱状物体A,A的左端紧靠竖直墙,A与竖直墙之间放一光滑圆球B,已知A的圆半径为球B的半径的3倍,球B所受的重力为G,整个装置处于静止状态。
共点力动态平衡中受力分析的三种类型
和五种方法
关键词:共点力动态平衡;受力分析方法;相对平面直角坐标系
物体在共点力作用下的动态平衡问题,是高中物理教学中的一个重要内容,
它是学生学习的难点,甚至有些年轻教师在解决此类问题时尚不能得心应手。
为
此本人经多年教学积累和归纳,把此类问题总结成三种类型和五种基本方法。
供
广大读者共享。
动态平衡中受力分析的问题,一般指物体在三个力的作用下处于缓慢运动状态,这三个力中有两个力是变力,一个恒力。
本文所说的
三种类型是指两个变力变化的三种类型,五种方法是针对这三种类型的五种基本
方法:
类型一:两个变力中,一个力的方向不变,另一个力的大小、方向都在变。
例题一:如图1,小球被细线栓在天花板上,其右下方水平地面上有一上表面光滑的三角形物块,物块受水平力F作用向左缓慢移动,
的变化情
试分析小球与物块上表面接触后,小球所受细线拉力T与斜面支持力F
N
况。
*这种类型题目处理的基本方法:利用平行四边形定则画图分析。
由于小球受三个力作用处于平衡状态,故三个力的合力为零。
即细线拉力T与斜面支持力F
的合力方向竖直向上,大小等于重力。
N
的有向线段为邻边画平行四边形,如图以合力为对角线,代表T与F
N
的方向不变,在物块向左缓慢移动过程中,T与竖直方向间的夹
2所示,由于F
N
不断增大,T不断减小,直到细线与斜面平行时,T达到最
角不断增大,因此F
N
小,若细线与竖直方向的夹角还能增大,则T会再增大。
类型二:两个变力的方向都在变,两个变力间的夹角也在变。
例题二:一个质量为m小球通过定滑轮用细线栓着放在光滑的半圆柱上,轻
拉细线使小球缓慢沿半圆柱面上移,试判断小球在上移过程中所受的拉力F和支
持力F
N
如何变化?
*这类题目处理的基本方法:三角形相似的方法。
本着与例一相同的原因,本例中F与F
N
的合力大小等于重力,方向竖直向上,画出平行四边形,如图3,得到力的三角形∆ACD与几何三角形∆OAB相似,对应
边成比例,故:F
N
不变,拉力F不断减小。
类型三:两个变力的方向都在变,但两变力间的夹角不变。
例题三:如图4所示,光滑金属圆环上套有一金属小球,给金属球一
个始终沿圆环切线方向的拉力F,使小球由圆环最低位置缓慢地向上转过900的
圆心角的过程中,下列关于拉力F和圆环对小球作用力F
N
的判断中,说法正确的
是[ ]
1.
F在不断增大,F
N
也不断增大。
2.
F不断增大,F
N
不断减小。
3.
F
N 不断增大,F不断减小。
D、F不断增大,F
N
先增大后减小。
这种类型的题,两个变力的方向虽然在持续变化,但两变力间的夹角却保持不变,处理方法有多种,这里介绍三种较简单的方法:
*方法一:利用圆周中同弧对应的圆周角相等,作图分析法。
在本题中,小球受三个力的作用,其中F与F
N
的合力与重力平衡,
且这两个力始终垂直,因此,如图5,以代表它们合力F
合
的有向线
段为直径画圆,使直径F
合和代表F、F
N
的线段构成该圆的内接三角形。
由于F
N 与F
合
的夹角不断增大,故F
N
不断减小,F不断增大。
故答案为B。
*方法二:正弦定理分析法。
在右图6所示的力的三角形∆ABC中,由正弦定理有:
F
合: sinC = F : sinA = F
N
: sinB其中C=90O∵∠B不断减小,
∴F
N
不断减小。
∵∠A不断增大,∴故F不断增大。
答案为B。
*方法三:相对平面直角坐标系分析法。
建立相对两变力静止的平面直角坐标系,则两变力在此坐标系中的方向始终是不变的,但合力的方向在改变,但大小不变,在右图7中,
合力F
合的方向与F
N
的夹角逐渐变大,在坐标系中,F
合
的箭头端在以坐标原点为
圆心,F
合为半径的圆周上。
由于F与F
N
始终垂直,故F
N
不断减小,F不断增大。
答案为B。
值得注意的是,例题三中F与F
N
间的夹角可以为900,也可以大于
图7
900或小于900,上述三种方法都有用,但根据数学关系,所画图形会稍有不同。
2。