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高中物理:常見的三種力及動態(tài)平衡問題的解題方法

1、理解重力的關(guān)鍵:

1)方向豎直向下;

2)大小與運(yùn)動狀態(tài)無關(guān),與高度和緯度有關(guān);

3)重心不在幾何中心的情況下,用二力平衡原理,通過懸掛法求解,

2、彈力大小的計(jì)算方法:

1)一般物體之間的彈力,要利用平衡條件或牛頓第二定律來計(jì)算。

2)彈簧的彈力,由胡克定律(F=kx)計(jì)算;

3)區(qū)別桿、繩對物體的作用力:繩對物體的作用力一定沿繩,但桿對物體的作用力不一定沿桿。

3、摩擦力的分析

1)摩擦力的方向

產(chǎn)生摩擦力的條件之一是有相對運(yùn)動或相對運(yùn)動的趨勢。摩擦力的方向與相對運(yùn)動或相對運(yùn)動的趨勢方向相反。

“相對”的含義:“相對”既不是“對”地也不是“對”觀察者,“相對”的是跟它接觸的物體。相對運(yùn)動的趨勢不如相對運(yùn)動直觀,在難以確定時可用“假設(shè)法”,即假設(shè)接觸面光滑,看物體是否會發(fā)生相對運(yùn)動,若發(fā)生相對運(yùn)動,則該相對運(yùn)動的方向即為原來相對運(yùn)動趨勢的方向。

2)摩擦力的大小

①若是滑動摩擦力,可用

來計(jì)算,公式中所指兩接觸面間的正壓力,并不一定等于物體的重力。

②若是靜摩擦力,則不能用

來計(jì)算,只能根據(jù)物體所受外力及所處的狀態(tài)(平衡或加速),由平衡條件或牛頓運(yùn)動定律求解。

③若是最大靜摩擦力,其大小也與兩接觸面間正壓力的大小成正比,比滑動摩擦力略大。

3、力的合成與分解

1)求解合力的方法是作圖法和計(jì)算法,無論用哪種方法,都需先把一個具體的力抽象為一有向線段,然后轉(zhuǎn)化為一個數(shù)學(xué)問題。這種從具體到抽象的方法是物理學(xué)中廣泛應(yīng)用的一種研究方法。

2)學(xué)習(xí)中注意區(qū)別矢量和標(biāo)量的根本區(qū)別在于它們的運(yùn)算法則不同,標(biāo)量用代數(shù)法合成,矢量合成是用平行四邊形定則。

3)力的分解是力的合成的逆運(yùn)算,遵從平行四邊形定則和三角形法則。

4)一個力可以分解成無數(shù)多組分力,但加限制條件后可有唯一解。分解時應(yīng)按力的作用效果進(jìn)行。

5)應(yīng)用平行四邊形定則和三角形法則,結(jié)合圖示,討論矢量的合成與分解是物理中的重要方法,要學(xué)會逐步掌握。

4、共點(diǎn)力作用下物體的平衡

a、靜態(tài)平衡的解題方法

1)力的合成法

 物體受三力作用而平衡時,其中任意兩個力的合力必跟第三個力等值反向。

2)力的分解法

物體受三力作用而平衡時,根據(jù)力產(chǎn)生的效果,分解其中的一個力,從而可求得另外兩力。

3)正交分解法

同一平面上的共點(diǎn)力的合力為零時,則各個力在z軸、y軸上的分量代數(shù)和均為零。

B、動態(tài)平衡問題的解題方法

1)圖解法:對研究對象進(jìn)行受力分析,用平行四邊形定則畫出不同狀態(tài)下力的矢量圖,然后根據(jù)有向線段長度的變化判斷各力的變化情況。

2)解析法:對研究對象的任一狀態(tài)進(jìn)行受力分析,列出平衡方程、寫出函數(shù)關(guān)系式,再根據(jù)自變量的變化進(jìn)行分析,得出結(jié)論。

1、如圖所示,在豎直墻上用絕緣物固定一帶電體A,在其正上方的點(diǎn)O用長為L的絕緣絲懸掛一帶電小球B,由于帶電體間的相互排斥而使絲線成

角。后由于漏電使θ減小,問此過程中絲線對帶電小球的拉力的變化情況。

解析:由受力分析可知,帶電小球B受三個力的作用:重力G、線的拉力TA的靜電斥力F,受力分析如圖(a)所示,這三個力組成的力的三角形如圖(b)所示,力的三角形與△ABO似,可得

。因OA、0BG都是恒量,所以在此變化過程中絲線對小球的拉力T保持不變。

答案:拉力T保持不變

2、如圖,位于水平桌面上的物塊P,由跨過定滑輪的輕繩與物塊Q相連,從滑輪到 P和到Q的兩段繩都是水平的。

已知QP之間以及P與桌面之間的動摩擦因數(shù)都是

,兩物塊的質(zhì)量都是m,滑輪的質(zhì)量、滑輪軸上的摩擦都不計(jì)。若用一水平向右的力FP使它做勻速運(yùn)動,則F的大小為(    

A4

mg

B、3

mg

C、2

mg

D、

umg

解析:P物體進(jìn)行受力分析,受到地面給它的水平向左的滑動摩擦力2

mg,繩子給它的水平向左的拉力T,Q物體給它的水平向左的滑動摩擦力
mgP物體做勻速直線運(yùn)動,受力平衡,所以F=T
mg 2
mg,又Q物體勻速向左運(yùn)動,受到拉力和滑動摩擦力,二力平衡,所以T=
mg。因此F=
mg
mg 2
mg=4
mg,所以A選項(xiàng)正確。

答案:A

3、有一個直角支架AOBAO水平放置,表面粗糙,OB豎直向下。表面光滑。AO上套有小環(huán)P,0B上套有小環(huán)Q,兩環(huán)質(zhì)量均為優(yōu),兩環(huán)由一根質(zhì)量可忽略、不可伸長的細(xì)繩相連,并在某一位置平衡(如圖所示)?,F(xiàn)將P環(huán)向左移一小段距離,兩環(huán)再次達(dá)到平衡。那么將移動后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)相比較,AO桿對P環(huán)的支持力

和摩擦力
的變化情況是(    

A

不變,
變大

B、

不變,
變小

C、

變大,
變大

D

變大,
變小

解析:以兩環(huán)和細(xì)繩整體為對象求

,可知豎直方向上始終二力平衡,
=2mg不變;以Q環(huán)為對象,在重力、細(xì)繩拉力FOB壓力
/作用下平衡,如圖所示,設(shè)細(xì)繩和豎直方向的夾角為
,則P環(huán)向左移的過程中
將減小,
也將減小。再以整體為對象,水平方向只有OBQ的壓力
/OAP環(huán)的摩擦力
作用,因此
=
/也減小。

答案:B

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