图解法分析动态平衡问题

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图解法分析动态平衡问题

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

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?

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2: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:重G的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。若挡板逆时针缓慢转到水平位置,在该过程中,斜面和挡板对小球的弹力的大小F1、F2各如何变化?

相似三角形法分析动态平衡问题

(1)相似三角形:正确作出力的三角形后,如能判定力的三角形与图形中已知长度的三角形(几何三角形)相似,则可用相似三角形对应边成比例求出三角形中力的比例关系,从而达到求未知量的目的。(2)往往涉及三个力,其中一个力为恒力,另两个力的大小和方向均发生变化,则此时用相似三角形分析。相似三角形法是解平衡问题时常遇到的一种方法,解题的关键是正确的受力分析,寻找力三角形和结构三角形相似。

例3:如图所示,在半径为R的光滑半球面上高为 h处悬挂一定滑轮,重力为G的小球被站在地面上的人用绕过定滑轮的绳子拉住,人拉动绳子,在与球面相切的某点缓慢运动到接近顶点的过程中,求小球对半球的压力和绳子的拉力大小将如何变化?

解析法分析动态平衡问题

解析法:适用于三力以上力的平衡,且有一个恒力,通过它能够建立恒定不变的方程式。根据其中一个力的变化情况,求出另一个力的变化情况。

例5:人站在岸上通过定滑轮用绳牵引低处的小船,若水的阻力不变,则船在匀速靠岸的过程中,下列说法中正确的是()

(A)绳的拉力不断增大

(B)绳的拉力保持不变

(C)船受到的浮力保持不变

(D)船受到的浮力不断减小

F1

F2

G

专题练习

1.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

2.如图,均匀光滑的小球放在光滑的墙壁与木板之间,图中θ=300,当将θ角缓慢增大至接近900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mg

3.半圆形支架BAD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到竖直的位置C的过程中(如图所示)OB绳所受的力的大小如何变化?( )

A.一直增大

B.一直减小

C.先减小后增大

D.先增大后减小

4、如图所示,用与竖直方向成θ角(θ<45°)的轻绳a和水平轻绳b拉一个小球,这时绳b的拉力为T1;现保持小球位置不动,使绳b在竖直平面内逆时针转过θ角,绳b的拉力变为T2;再转过θ角,绳b的拉力变为T3。则()

A.T1=T3>T2

B.T1=T3

C.绳a的拉力增大

D.绳a的拉力减小5.如图1-43所示,滑轮轴上的摩擦不计,滑轮与绳子的质量不计,由于水平地面粗糙,整个装置处于平衡,当将物体A稍向下拉一段距离放手后,整个装置仍处于平衡状态,则物体B对地面的压力N,物体B对地面的摩擦力f的变化情况是

A.N、f均不变

B.N、f均增大

C.N、f均减小

D.N增大,f减小

6.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

7.两个物体A和B的质量分别为3m和m,用跨过定滑轮的轻绳相连,A物体静止在水平地面上,如图1-6所示,不计摩擦,A物体对绳的作用力的大小与地面对A物体的作用力的大小分别是

A.mg, 2 mg

B.mg,m g

C.2 mg,m g

D.4mg,2mg

8.图1-7中,光滑半球固定在水平面上,球心O的正上方O′处固定一光滑的小定滑轮,细线的一端拴小球A,另一端绕过定滑轮,今用一外力拉细线,将小球从图中位置慢慢拉至B点,在此过程中,小球A对光滑半球的压力N、对细线的拉力T的大小变化情况是

A.N变大,T不变

B.N变小,T变大

C.N不变,T变小

D.N变大,T变小

θ