考点10共点力的平衡
1.共点力:作用在物体的同一点或作用线(或作用线的反向延长线)相交于一点的几个力.
2.平衡状态:物体处于静止或匀速直线运动状态称为物体处于平衡状态,平衡状态的实质是加速度为零的状态3.平衡条件:物体所受合外力为零,即∑F=0.若采用正交分解法求解平衡问题,则平衡条件应为∑Fx=0,∑/1.关于平衡问题的几种情况(1)若物体受两个力作用而平衡,则这两个力一定大小相等,方向相反,且作用在同一直线上.
(2)若一个物体受三个力而平衡,则三个力中任意两个力的合力必与第三个力大小相等,方向相反,且作用在同一直线上.若这三个力是非平行力,则三个力一定是共点力,简称为不平行必共点.如果将三个力的矢量平移,则一定可以得到一个首尾相接的三角形.
(3)若物体在三个共点力作用下处于平衡,一般采用力的合成法,将第三个力反向延长后,作另外两力的合成图,再用三角函数求解,常见的解法还有:正弦定理、相似三角形法、勾股定理等.
2.动态平衡问题动态平衡问题是指通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢地变化,而在这个运动过程中物体又处于一系列的平衡状态.这类问题的特征是“缓慢移动”,其中“缓慢”是指物体运动的速度极小,计算时可以认为始终为零,因此,当习题中出现“缓慢移动”时都可以将其当成动态平衡问题来处理.解决动态平衡问题的一般思路是把“动”化为“静”,“静”中求“动”.主要方法有:
(1)图解法,先根据物体的平衡条件作出力的矢量图,如物体只受三个力,则三个力构成封闭矢量三角形,然后根据图象进行动态分析,确定各力的变化情况.用图解法求解动态平衡问题时应注意以下几点,①确定哪个力为恒力(通常为重力,也可以是其他力);②确定哪个力的方向不变;③确定另一个力变化时的角度增、减关系,从而利用三角形法则进行动态分析.
(2)解析法,四力以上的平衡问题常采用正交分解法列方程求解,即对研究对象的任一状态进行受力分析,根据具体情况引入参量,建立平衡方程,求出因变参量与自变参量的一般函数关系,然后根据自变量的变化确定因变量的变化。如图所示,重物的质量为m,轻细线AO和BO的A、B端是固定的,平衡时AO是水平的,BO与水平面的夹角为θ,AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是()A.F1=mgcosθB.F1=mgcotθmgC. F2=mgsinθD.F2=sinθ解析解法1合成法求解:以结点O为研究对象,受三力而平衡,如图甲所示,根F据平衡条 件F=mg,在△OFF2中,F2=mg=,F1=Fcotθ=mgcotθ,B、D正确.
sinθsinθ解法2分解法求解:将重力mg分解为F1'和F2',如图乙所示,F1'=mgcotθ,mgF2'=mg根据平衡条件,F1=F1'=mgcotθ,F2=F2'=,B、D正确.
sinθsinθ甲乙物体静止在斜面上,若斜面倾角增大(物体仍静止),物体受到的斜面的支持力和摩擦力的变化情况是()/A.支持力增大B.支持力减小C.摩擦力增大D.摩擦力减小点拨对于摩擦力,要根据物体的状态,区分是静摩擦力还是滑动摩擦力,静摩擦力由平衡条件研究.
解析木板倾角θ由很小缓慢增大到物体刚要相对木板滑动的过程中,物体的合力为零,则有FN=mgcosθ,Ff=mgsinθ,θ增大,FN减小,Ff增大,故B、C正确。