力学图解动态平衡问题与相似三角形问题.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑力学图解动态平衡问题与相似三角形问题 图解法分析动态平衡问题 【例1】如图2－4－2所示，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°.现保持绳子AB与水平方向的夹角不变，将绳子BC逐步缓慢地变化到沿水平方向，在这一过程中，绳子BC的拉力变化处境是( ) A．增大 B．先减小，后增大 C．减小 D．先增大，后减小 解析：方法一：对力的处理(求合力)采用合成法，应用合力为零求解时采用图解法(画动态平行四边形法)．作出力的平行四边形，如图甲所示．由图可看出，FBC先减小后增大． 方法二：对力的处理(求合力)采用正交分解法，应用合力为零求解时采用解析法．如图乙所示，将FAB、FBC分别沿水平方向和竖直方向分解，由两方向合力为零分别列出： FABcos 60°＝FB Csin θ， FABsin 60°＋FB Ccos θ＝FB， 联立解得FBCsin(30°＋θ)＝FB/2， 鲜明，当θ＝60°时，FBC最小，故当θ变大时，FBC先变小后变大． 答案：B 变式1－1如图2－4－3所示，轻杆的一端固定一光滑球体，杆的另一端O为自由转动轴，而球又搁置在光滑斜面上．若杆与墙面的夹角为β，斜面倾角为θ，开头时轻杆与竖直方向的夹角β＜θ. 且θ＋β ＜90°，那么为使斜面能在光滑水平面上向右做匀速直线运动，在球体离开斜面之前，作用于斜面上的水平外力F的大小及轻杆受力T和地面对斜面的支持力N的大小变化处境是( ) A．F逐步增大，T逐步 1 减小，FN逐步减小 B．F逐步减小，T逐步减小，FN逐步增大 C．F逐步增大，T先减小后增大，FN逐步增大 D．F逐步减小，T先减小后增大，FN逐步减小 解析：利用矢量三角形法对球体举行分析如图甲所示，可知T是先减小后增大．斜面 对球的支持力FN′逐步增大，对斜面受力分析如图乙所示，可知F＝FN″sinθ，那么F 逐步增大，水平面对斜面的支持力FN＝G＋FN″·cos θ，故FN逐步增大． 答案：C 利用好像三角形好像求解平衡问题 2．好像三角形法： 当物体受三个共点力作用处于平衡状态时，若三力中有二力的方向发生变化，而无法直接用图解法得出结论时，可以用表示三力关系的矢量三角形跟题中的其他三角形好像对应边成比例，建立关系求解。

【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2－4－4所示．现将细绳缓慢往左拉，使杆BO与杆AO间的夹角θ逐步减小，那么在此过程中，拉力F及杆BO所受压力FN的大小变化处境是( ) A．FN先减小，后增大 B．FN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FN和悬挂重物的绳子的拉力(大小为G)的作用，将FN与G合成，其合力与F等值反向，如下图，得到一个力的三角形(如图中画斜线片面)，此力的三角形与几何三角形OBA好像，可利用好像三角形对应边成比例来解． 如下图，力的三角形与几何三角形OBA好像，设AO高为H，BO长为L，绳长为l，那么由对应边成比例可得 ，FN＝ G，F＝ G 式中G、H、L均不变，l逐步变小，所以可知FN不变，F逐步变小． 答案：B 变式2－1如图2－4－5所示，两球A、B用劲度系数为k1的轻弹簧相连，球B用长为L的细绳悬于O点，球A固定在O点正下方，且点O、A之间的距离恰为L，系统平衡时绳子所受的拉力为F1.现把A、B间的弹簧换成劲度系数为k2的轻弹簧，仍使系统平衡，此时绳子所受的拉力为F2，那么F1与F2的大小之间的关系为( ) A．F1>F2 B．F1＝F2 C．F1

【例3】如图1---32所示，用细线AO、BO悬挂重物，BO水平，AO与竖直方向成30°角，若AO、OB能承受的最大拉力各为10N和6N，OC能承受足够大的力，为使细线不被拉断，重物允许的最大重力是多大？ 3、?解析?：设若逐步增大重物重量时绳AO先断，由O点受力图易得：FN150当FA=10N时OB所受拉力为FB=5N﹤6N，假设正确，得此态OC的拉0 FN2 力为FC= FAcos30°=53 N=8.66N，即重物允许的最大重力为8.66N 平衡物体中的临界与极值问题 G 3．平衡物体的临界问题 某种物理现象转化为另一种物理现象的转折状态叫临界状态临界状态可以理解为“恰好展现”或“恰好不展现”某种现象的状态平衡物体的临界状态是指物体所处的平衡状态将要破坏而尚未破坏的状态，涉及临界状态的问题叫临界问题 方法技巧： 1．若物体受三个共点力作用处于平衡状态，那么表示此三力的矢量首尾相接时确定恰组成一个封闭的三角形当其中一个力的方向发生变化而引起各力的大小发生变化时，假设只要判断各力大小增减的定性问题，最简朴的方法就是用图解法。

用图解法解题的第一步，就是正确作出力的矢量三角形(或平行四边形)，其次步是确定好三角形的三条边哪些方向是不变的、哪一条的长短是不变的、哪一条的方向是变的、是向什么方向变的、变化的范围如何，从而得出需要的结论 2．解决临界问题的根本思维方法是假设推理法其根本解题方法有两类： (1)．物理分析法：通过对物理过程的分析，抓住临界条件举行求解例如两物体脱离 3 的临界条件是相互压力为零；两物体相对静止到滑动的临界条件是摩擦达成最大静摩擦力 (2)．数学解法：通过对问题的分析，依据物理规律写出物理量之间的函数关系(或画出函数的图象)用数学方法求解得出结论后，确定要依据物理原理对解的合理性及物理意义举行议论或说明 【例4】如图2－4－8所示，一球A夹在竖直墙与三角劈B的斜面之间，三角形劈的重力为G，劈的底部与水平地面间的动摩擦因数为μ，劈的斜面与竖直墙面是光滑的，问欲使三角劈静止不动，球的重力不能超过多大？(设劈的最大静摩擦力等于滑动摩擦力) 解析：此题两物体均处于静止状态，故需分析好受力图示，列出平衡 方程求解． 用正交分解法，对球和三角劈分别举行受力分析，如图甲、乙所示． 由于三角劈静止，故其受地面的静摩擦力． F≤Fmax＝μFNB.由平衡条件有： 1对球有：GA＝FNcos 45°① FNA＝FNsin 45°② 2对三角劈有 FNB＝G＋FN′sin 45°③ F＝FN′cos 45°④ F≤μFNB，⑤ ∵FN＝FN′⑥ 由①～⑥式解得：GA≤ 答案：球的重力不得超过 G. G 变式4－1如图2－4－9所示，两个质量均为m的小环套在一水平放置的粗糙长杆上，两根长度均为l的轻绳一端系在小环上，另一端系在质量为M的木块上，两个小环之间的距离也为l，小环保持静止．试求： (1)小环对杆的压力； (2)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为多大？ 4 解析：(1)整体法分析有：2FN＝(M＋2m)g，即FN＝ 牛顿第三定律得：小环对杆的压力FN′＝Mg＋mg. (2)研究M得2FTcos 30°＝Mg 临界状态，此时小环受到的静摩擦力达成最大值，那么有FTsin 30°＝μFN′ Mg＋mg由 解得：动摩擦因数μ至少为μ＝ 答案：(1) Mg＋mg (2) 专题训练 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，那么A点向上移动时（ ） A．绳OA的拉力逐步增大 B．绳OA的拉力逐步减小 C．绳OA的拉力先增大后减小 D．绳OA的拉力先减小后增大 3．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 ?AO 4．如图，平匀光滑的小球放在光滑的墙壁与木板之间，图中??30，当将?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 θ? 5 — 9 —。