高中物理 动态平衡 受力分析

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1、受力分析精讲(2)知识点1:动态平衡1.动态平衡:物体受到大小方向变化的力而保持平衡。是受力分析问题中的难点,也是高考热门考点。2.在共点力的平衡中,有些题目中常有“缓慢”一词,表示物体在受力过程中处于动态平衡状态,即每一时刻下物体都保持平衡。3.基本方法:解析法、图解法和相似三角形法.知识点2:解析法解析法:对研究对象的任一状态进行受力分析,建立平衡方程,求出未知力的函数表达式,然后根据自变量的变化进行分析。通常需要借助正交分解法和力的合成分解法。特别适合解决四力以上的平衡问题。例1:有一只小虫重为G,不慎跌入一个碗中,如图,碗

2、内壁为一半径为R的球壳的一部分,且其深度为D,碗与小虫脚间的动摩擦因数为μ,若小虫可顺利爬出碗口而不会滑入碗底,则D的最大值为多少?(用G、R表示D)例2:如图所示,上表面光滑的半圆柱体放在水平面上,小物块从靠近半圆柱体顶点O的A点,在外力F作用下沿圆弧缓慢下滑到B点,此过程中F始终沿圆弧的切线方向且半圆柱体保持静止状态。下列说法中正确的是 (   )A.半圆柱体对小物块的支持力变大B.外力F先变小后变大C.地面对半圆柱体的摩擦力先变大后变小D.地面对半圆柱体的支持力变大8知识点3:图解法图解法常用来解决动态平衡类问题,尤其适合物

3、体只受三个力作用,且其中一个为恒力的情况。根据平行四边形(三角形)定则,将三个力的大小、方向放在同一个三角形中.利用邻边及其夹角跟对角线的长短关系分析力大小变化情况。因此图解法具有直观、简便的特点。在应用时需正确判断某个分力方向的变化情况及变化范围,也常用于求极值问题。1.恒力F+某一方向不变的力例3:如图1所示,用细绳通过定滑轮沿竖直光滑的墙壁匀速向上拉动,则拉力F和墙壁对球的支持力N的变化情况如何?例4:如右图所示,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

4、位置逐渐移至竖直位置C的过程中,分析OA绳和OB绳所受力的大小如何变化?例5:如图所示,在固定的、倾角为α斜面上,有一块可以转动的夹板(β不定),夹板和斜面夹着一个质量为m的光滑均质球体,试求:β取何值时,夹板对球的弹力最小?归纳:物体受到三个力而平衡,若其中一个力大小方向不变,另一个力的方向不变,第三个力大小方向都变,在这种情况下,当大小、方向可改变的分力与方向不变、大小可变的分力垂直时,存在最小值。例6:如图3装置,AB为一光滑轻杆,在B处用铰链固定于竖墙壁上,AC为不可伸长的轻质拉索,重物W可在AB杆上滑行。(1)画出重物W

5、移动到AB杆中点,AB杆的受力分析。(2)试分析当重物W从A端向B端缓慢滑行的过程中,绳索中拉力的变化情况以及墙对AB杆作用力的变化情况。82.恒力F+某一大小不变的力三力中有一个力确定.即大小、方向不变,一个力大小确定,这个力的方向及第三个力的大小、方向变化情况待定。这类题目需要辅助圆图解法。例7:如图所示,在做“验证力的平行四边形定则”的实验时,用M、N两个测力计通过细线拉橡皮条的结点,使其到达O点,此时α+β=90°.然后保持M的读数不变,而使α角减小,为保持结点位置不变,可采用的办法是()A减小N的读数同时减小β角B减小N

6、的读数同时增大β角C增大N的读数同时增大β角D增大N的读数同时减小β角例8:如图7所示,质量为m的小球,用一细线悬挂在点0处.现用一大小恒定的外力F(F﹤mg),慢慢将小球拉起,在小球可能的平衡位置中,细线与竖直方向的最大的偏角是多少?3.恒力F+某一大小不变的角ACB例9:如图所示的装置,用两根细绳拉住一个小球,两细绳间的夹角为θ,细绳AC呈水平状态.现将整个装置在纸面内顺时针缓慢转动,共转过90°.在转动的过程中,CA绳中的拉力F1和CB绳中的拉力F2的大小发生变化,即()A.F1先变小后变大B.F1先变大后变小C.F2逐渐减

7、小D.F2最后减小到零知识点4:相似三角形法相似三角形法是解平衡问题时常遇到的一种方法,属于图解法的特例情况。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。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。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10:如图所示,半径为的球形物体固定在水平地面上,球心正上方有一光滑的小滑轮,滑轮到球面的距离为,轻绳的一端系一小

8、球,靠放在半球上的点,另一端绕过定滑轮后用力拉住,使小球静止,现缓慢地拉绳,在使小球由到的过程中,半球对小球的支持力和绳对小球的拉力的大小变化的情况是(  )8、变大,变小      、变小,变大、变小,先变小后变大  、不变,变小例11:如图所示

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