高中物理 第一章力物体的平衡 第五课解析 VIP专享VIP免费

第一章力物体的平衡第五课时物体的平衡第一关：基础关展望高考基础知识共点力作用下的平衡知识讲解1.平衡状态一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态,就说这个物体处于平衡状态.如光滑水平面上做匀速直线滑动的物块,沿斜面匀速直线下滑的木箱,天花板上悬挂的吊灯等,这些物体都处于平衡状态.2.共点力作用下的平衡条件①平衡条件:在共点力作用下物体的平衡条件是合力F合=0.②平衡条件的推论a.若物体在两个力同时作用下处于平衡状态,则这两个力大小相等,方向相反,且作用在同一直线上,其合力为零,这就是初中学过的二力平衡.b.若物体在三个非平行力同时作用下处于平衡状态,这三个力必定共面共点(三力汇交原理),合力为零,称为三个共点力的平衡,其中任意两个力的合力必定与第三个力大小相等,方向相反,作用在同一直线上.c.物体在n个非平行力同时作用下处于平衡状态时,n个力必定共面共点,合力为零,称为n个共点力的平衡,其中任意(n-1)个力的合力必定与第n个力等大,反向,作用在同一直线上.第二关：技法关解读高考解题技法一、处理平衡问题的基本方法技法讲解1.力的合成法物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合力必定跟第三个力等大反向.可利用力的平行四边形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解.2.正交分解法将各力分解到x轴上和y轴上，运用两坐标轴上的合力等于零的条件多用于Fx=0三个以上共点力作用下的物体的平衡.值得注意的是，对x,y方向选择时，Fy=0,尽能使较多的力落在x,y轴上，被分解的力尽可能是已知力，不宜分解待求力.3.力的三角形法物体受同一平面内三个互不平行的力处于平衡时，可以将这三个力的矢量首尾相接，构成一个矢量三角形；即三个力矢量首尾相接，恰好构成三角形，则这三个力的合力必为零，利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力.典例剖析例1重为G的木块与水平地面间的动摩擦因数为μ，一人欲用最小的作用力F使木块做匀速直线运动，则此最小作用力的大小和方向应如何？解析：木块在运动中受摩擦力作用，要减小摩擦力，应使作用力F斜向上，设当F斜向上与水平方向的夹角为α时，F的值最小.（1）正交分解法木块受力分析如图所示，由平衡条件列方程：Fcosα-μFN=0Fsinα+FN-G=0解得F=如图所示，设tan=μ,则sin，则cosα+μsinα=（coscosα+sinsinα)=cos(α-)可见，当α==arctanμ时F有最小值，即Fmin=由于Ff=μFN，故不论FN如何改变,Ff与FN的合力方向都不会发生改变.如图所示，合力F1与竖直方向的夹角一定为=arctanμ，力F1、G、F组成三角形，由几何极值原理可知，当F与F1方向垂直时，F有最小值，由几何关系得：Fmin=Gsin=.二、动态平衡问题的解决方法技法讲解所谓动态平衡是指通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢变化,而在这个过程中物体始终处于一系列的平衡状态.解决动态平衡问题常用以下几种方法:(1)矢量三角形法抓住各力中的变化量与不变化量,然后移到矢量三角形中,从三角形中就可以很直观地得到解答.(2)相似三角形法将物体受的各力移到矢量三角形中,由矢量三角形与已知三角形相似,利用几何关系进行求解.典例剖析例2如图甲所示,物体m在3根细绳悬吊下处于平衡状态,现用手持绳OB的B端,使OB缓慢向上转动,且始终保持结点O的位置不动,分析OA,OB两绳中的拉力如何变化?解析：物体始终处于平衡状态,对O点而言,受3个力作用,即OC对O点的拉力F不变,OA对O点的拉力F1的方向不变,由平衡条件的推论可知F1与OB对O点的拉力F2的合力F′′2位置,用平行四边形定则可以画出这种情况下的平行四边形,可以看到F′,F′2末端的连线恰为F1的方向.由此可以看出，在OB绕O点转动的过程中，OA中的拉力F1变小，而OB中的拉力F2先变小后变大.答案：OA绳中拉力变小，OB绳中拉力先变小后变大例3光滑半球面上的小球被一通过定滑轮的力F由底端缓慢拉到顶端的过程中,试分析绳的拉力F及半球面对小球的支持力FN的变化情况(如图所示).解析：如图所示,作出小球的受力示意图,注意弹力FN总与球面垂直,从图中可得到相似三角形.设球体半径为R,定滑轮到球面的距离为h,绳长为L,根据三角形相似得:由以上两式得绳中张力F=mg球面弹力FN=mg由...