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解决多物体平衡的方法

发布时间:2023-03-02 14:04:57

‘壹’ 如何用三力平衡的方法解决四个力平衡的动态分析

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.
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.
方法三:作辅助圆法
特点:作辅助圆法适用的问题类型可分为两种情况:①物体所受的三个力中,开始时两个力的夹角为90°,且其中一个力大小、方向不变,另两个力大小、方向都在改变,但动态平衡时两个力的夹角不变.②物体所受的三个力中,开始时两个力的夹角为90°,且其中一个力大小、方向不变,动态平衡时一个力大小不变、方向改变,另一个力大小、方向都改变,
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,第一种情况以不变的力为弦作个圆,在辅助的圆中可容易画出两力夹角不变的力的矢量三角形,从而轻易判断各力的变化情况.第二种情况以大小不变,方向变化的力为直径作一个辅助圆,在辅助的圆中可容易画出一个力大小不变、方向改变的的力的矢量三角形,从而轻易判断各力的变化情况.
方法四:解析法
特点:解析法适用的类型为一根绳挂着光滑滑轮,三个力中其中两个力是绳的拉力,由于是同一根绳的拉力,两个拉力相等,另一个力大小、方向不变的问题.
原理:先正确分析物体的受力,画出受力分析图,设一个角度,利用三力平衡得到拉力的解析方程式,然后作辅助线延长绳子一端交于题中的界面,找到所设角度的三角函数关系.当受力动态变化是,抓住绳长不变,研究三角函数的变化,可清晰得到力的变化关系.

‘贰’ 物理中解决动态平衡有哪几种方法

动态平衡问题,就是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢变化。
分析动态平衡问题通常有两种方法。
1、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,求出应变参量与自变参量的一般函数式,然后根据自变参量的变化确定应变参量的变化。
2、图解法:对研究对象进行受力分析,再根据平行四边形定则或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,变化判断各个力的变化情况。

‘叁’ 构建矢量三角形解决动态平衡问题

摘要: 动态平衡问题是高考的热点,也是普通高中学习的难点。本文通过对几个典型例题的分析研究,总结出解决动态平衡问题的矢量三角形法。

关键词:动态平衡  矢量三角形  图解法  相似三角形法

一、动态平衡及矢量三角形

物体的平衡状态是指物体处于静止或匀速直线运动状态,物体处于平衡状态的条件是合外力为零。动态平衡是指绳子、杆或物体本身的缓慢变化,物体变化过程中的每个瞬间可以看成是平衡态,满足合力为零。

物体在三个力作用下处于动态平衡时,可根据物体的受力情况构建矢量三角形。如图1所示,物体受到重力、绳子拉力与杆的支持力,根据受力情况,将拉力与支持力平移,构建矢量三角形,即三个力收尾相接。

二.矢量三角形解决动态平衡问题的方法

1.图解法

图解法是指根据物体的受力情况,画出矢量三角形,再通过已知力的方向或大小的变化情况,画出未知力的图示,从而判断其变化情况。

类型一.已知一个力的大小方向,第二个力的方向,判断第二个力的大小以及第三个力的大小方向变化情况

例1.如图2一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对小球的压力大小为FN1,木板对小球的压力大小为FN2.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.FN1始终减小,FN2始终增大 

B.FN1始终减小,FN2始终减小

C.FN1先增大后减小,FN2始终减小     

D.FN1先增大后减小,FN2先减小后增大

解析:  对小球受力分析如图3所示,重力恒定,墙壁的支持力方向恒定,平移重力与墙壁的支持力,构建矢量三角形。当木板转到水平位置的过程中,墙壁的支持力FN1始终减小,木板的支持力FN2始终减小,故选项B正确。

类型二、已知一个力的大小方向,第二个力的大小,判断第二个力的方向以及第三个力的大小方向变化情况

例2.如图4所示重量为G的小球,用一细线悬挂于天花板上的O点.现用一大小恒定的外力F(F<G)慢慢将小球拉起,在小球可能的平衡位置中,细线与竖直方向最大夹角θ满足的关系是()

分析: 对小球受力分析,如图5所示受重力、细线拉力T和已知拉力F。根据平衡条件,三个力可以构成首尾相连的矢量三角形,其中重力不变,外力F的大小不变,即其围成一个圆,拉力T变小。当拉力F与细线的拉力T垂直时,细绳与竖直方向的夹角最大,有 ,故B正确.

2、相似三角形法

相似三角形法是指在动态平衡中,根据物体的受力情况建立矢量三角形,找到与这个三角形相似的几何三角形,根据相似三角形列出比例式,再根据题意判断各个力的大小变化情况。在找相似三角形中,常常需要画辅助线才能找到。

例3.如图6所示光滑的半圆环沿竖直方向固定,M点为半圆环的最高点,N点为半圆环上与半圆环的圆心等高的点,直径MH沿竖直方向,光滑的定滑轮固定在M处,另一小圆环穿过半圆环用质量不计的轻绳拴接并跨过定滑轮.开始小圆环处在半圆环的最低点H点,第一次拉小圆环使其缓慢地运动到N点,第二次以恒定的速率将小圆环拉到N点.滑轮大小可以忽略,则下列说法正确的是(     )

A.第一次轻绳的拉力逐渐增大     

B.第一次半圆环受到的压力逐渐减小   

C.小圆环第一次在N点与第二次在N点时,轻绳的拉力相等     

D.小圆环第一次在N点与第二次在N点时,半圆环受到的压力相等

解析:小圆环沿半圆环缓慢上移过程中,如图7所示小圆环受重力G、拉力FT、弹力FN三个力处于平衡状态。由图可知 ,在小圆环缓慢上移的过程中,半径R不变,MN的长度逐渐减小,故轻绳的拉力FT逐渐减小,小圆环所受的弹力FN大小不变,由牛顿第三定律得半圆环所受的压力的大小不变,A、B错误.。

‘肆’ 解决共点力平衡的问题是哪六种方法

一、共点力平衡问题的数学解法
1、相似三角形法:
如果在对力利用平行四边形定则运算的过程中,力三角形与几何三角形相似,则可根据相
似三角形对应边成比例等性质求解.
2、拉密定理
若在共点的三个力作用下,物体处于平衡状态,则各力
的大小分别与另外两个力夹角的正弦成正比.
3、正交分解法:
共点力平衡条件F合=0是矢量方程,通常用正交分解法把矢量运算转化为标量运算,给解题带来方便.
4、函数图象法:
利用函数图象分析和解答问题,关键是分析图象的物理意义,进行推理判断和计算.
二、共点力平衡问题的物理方法
1、离法与整体法
通常在分析外力对系统的作用时,用整体法:在分析系统内各物体间的相互作用时,用隔离法.二者常需交叉运用,从而优化解题思路和方法,使解题简洁明了.
2、动态平衡问题———图解法
利用图解法解决此类问题的基本方法是:对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析,依据某一参量的变化,在同一图中作出物体在平衡状态下的平衡力图(力的平行四边形),再由动态的力的四边形各边长度变化及角度变化,确定力的大小及方向的变化情况,

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