物体平衡问题的解题方法及技巧
- 格式:doc
- 大小:79.00 KB
- 文档页数:8
物体的平衡和平衡条件一、平衡状态的概念物体在受到外界作用力时,能够保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。
平衡状态分为两种:静止状态和匀速直线运动状态。
二、平衡条件的建立1.实验观察:在实验室中,通过实验观察发现,当物体受到两个力的作用时,若这两个力的大小相等、方向相反、作用在同一直线上,物体就能保持平衡状态。
2.平衡条件的得出:根据实验观察,总结出物体的平衡条件为:物体受到的两个力,大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
三、平衡条件的应用1.力的合成:当物体受到两个力的作用时,可以根据平衡条件求出这两个力的合力。
合力的计算方法为:在力的图示中,将两个力的向量首尾相接,由起点到终点的向量即为合力向量。
2.平衡方程的建立:在已知物体受到的力的大小和方向时,可以根据平衡条件建立平衡方程,求解未知力。
平衡方程的一般形式为:ΣF = 0,ΣF表示物体受到的所有力的矢量和。
3.平衡状态的判断:判断物体是否处于平衡状态,可以通过观察物体是否保持静止或匀速直线运动来判断。
同时,也可以通过检验物体受到的力是否满足平衡条件来判断。
四、平衡条件的拓展1.多个力的平衡:当物体受到多个力的作用时,物体能够保持平衡的条件为:所有力的合力为零,即ΣF = 0。
2.非共点力的平衡:当物体受到非共点力的作用时,可以通过力的平行四边形定则求解合力,再根据平衡条件判断物体是否处于平衡状态。
3.动态平衡:物体在受到两个力的作用时,若这两个力的大小相等、方向相反、作用在同一直线上,物体将保持动态平衡状态。
动态平衡状态下的物体,速度大小和方向均不变。
物体的平衡和平衡条件是物理学中的重要知识点,掌握平衡状态的概念、平衡条件的建立、平衡条件的应用以及平衡条件的拓展,有助于我们更好地理解物体在受到力作用时的行为。
同时,平衡知识在实际生活和工作中也有着广泛的应用,如工程结构设计、机械运动分析等。
习题及方法:1.习题:一个物体质量为2kg,受到一个大小为10N的水平力和一个大小为15N的竖直力,求物体的平衡状态。
静力学中的平衡问题与解法静力学是力学中的一个分支,研究物体在静止或匀速直线运动时的力、力之间的关系以及物体的平衡条件等内容。
在静力学中,平衡问题是一个重要的研究内容。
本文将讨论静力学中的平衡问题以及常见的解法。
静力学中,平衡是指物体所受的合外力合力矩为零的状态。
平衡可以分为两种类型:平衡在点和平衡在体。
1. 平衡在点平衡在点指的是物体受力的合力通过一个点,也就是力矩为零。
这要求物体所受的合外力矢量的代数和为零,并且力矩的代数和也为零。
平衡在点的解法一般包括以下步骤:步骤一:画出物体受力的示意图,并标注出力的大小、方向。
步骤二:通过几何图形或代数方法求出合外力的代数和,判断合外力的大小和方向。
步骤三:通过几何图形或代数方法求出力矩的代数和,判断力矩的大小和方向。
步骤四:根据力矩为零的条件,确定物体的平衡条件。
如果力矩不为零,则说明物体不处于平衡状态。
平衡在点的解法中,可以利用力矩的性质,如力矩的叠加原理、力矩的向量性质等,来简化计算。
此外,还可以运用平衡条件求解未知的力或力矩。
2. 平衡在体平衡在体指的是物体受力的合外力和合力矩都为零的状态。
这要求物体所受的合外力矢量的代数和为零,并且力矩的代数和也为零。
平衡在体的解法一般包括以下步骤:步骤一:画出物体受力的示意图,并标注出力的大小、方向。
步骤二:通过几何图形或代数方法求出合外力的代数和,判断合外力的大小和方向。
步骤三:通过几何图形或代数方法求出力矩的代数和,判断力矩的大小和方向。
步骤四:根据合外力和力矩都为零的条件,确定物体的平衡条件。
如果合外力或力矩不为零,则说明物体不处于平衡状态。
平衡在体的解法中,通常需要考虑物体所受力的叠加效应。
常见的方法有力的分解、力矩的叠加等。
除了上述两种平衡问题的解法,静力学中还有一些特殊情况的解法,如斜面上物体的平衡、悬挂物体的平衡等。
对于这些特殊情况,可以利用相关的几何关系和平衡条件,采取相应的解法进行求解。
总之,静力学中的平衡问题是一个重要的内容,通过合理的求解方法可以确定物体的平衡条件。
物体平衡问题的解题方法及技巧物体平衡问题是高考考查的一个热点,在选择题、计算题甚至实验题中都有考查和应用。
由于处于平衡状态的物体的受力和运动状态较为单一,往往为一些老师和同学所忽视。
但作为牛顿第二定律的一种特殊情况,它又涵盖了应用牛顿第二定律解决动力学问题的方法和技巧,所以解决好平衡问题是我们解决其他力学问题的一个基石。
物体的平衡是力的平衡。
受力分析就成了解决平衡问题的关键。
从研究对象来看,物体的平衡可分为单体平衡和多体平衡;从物体的受力来看,又可分为静态平衡和动态平衡。
一、物体单体平衡问题示例:例一:如图一,一物块置于水平地面上,当用与水平方向成60°角的力f1拉物块时,物块做匀速直线运动;当改用与水平方向成30°的力f2推物块时,物块仍做匀速直线运动。
若f1和f2的大小相等,则物块和地面间的动摩擦因数为:a.2-b. -1c. /2-1/2d.1- /2解析:将f1分解到水平方向和竖直方向,如图二,水平方向受力平衡:f1cos60°=fu竖直方向:fn-f1=mg同理,对f2进行分解,建立方程组,解出结果为a。
在解决这类问题时,我们用的方法就是将物体受到的力,分解到物体的运动方向和垂直与物体的运动方向,列出两个平衡方程,解出未知问题。
这种方法不光对平衡问题适用,对非平衡问题同样适用。
例二:如图三,光滑小球放在一带有圆槽的物体和墙壁之间,处于静止状态,现将圆槽稍稍向右移动一点,则球对墙的压力和对物体的压力如何变化?解析:这是单体的动态平衡问题。
对小球受力分析,(如图四)由于物体处于平衡,物体所受重力、墙壁的作用力的合力与圆槽的作用力等值反向。
当圆槽稍稍向右移时,θ角变小mg恒定,f墙的方向不变,所以斜槽和墙壁对物体的支持力都变小。
由牛顿第三定律可知,球对墙和斜槽的压力都变小。
在作图时,学生习惯在画平行四边形时,先把箭头打好,这实际上就把力的大小和方向都确定了,这样很难画出符合题意的平行四边形。
平衡的条件和力矩的计算平衡是物体所处的一种状态,在该状态下物体不会受到任何净外力作用而发生运动或变形。
在物理学中,平衡条件的判断和力矩的计算是解决平衡问题的重要方法。
本文将详细介绍平衡的条件以及力矩的计算方法。
一、平衡的条件物体达到平衡需要满足两个条件:合力为零,力矩为零。
1. 合力为零合力即作用在物体上的所有力的矢量和,根据牛顿第一定律,合力为零时物体将保持静止或匀速直线运动。
若物体处于静止状态,则合力为零是物体平衡的充分条件;若物体处于匀速直线运动状态,则合力为零是物体平衡的必要条件。
2. 力矩为零力矩是力对物体产生旋转的影响力。
它是描述物体转动的一种物理量,定义为力与物体某点到力作用线的垂直距离的乘积。
当物体处于平衡状态时,力矩的总和必须为零。
平衡的条件可以用以下公式表达:ΣF = 0 (1)Στ = 0 (2)其中,ΣF为合力的矢量和,Στ为力矩的矢量和。
二、力矩的计算方法力矩的计算需要考虑力的大小、方向和作用点的位置。
力矩的计算公式为:τ = F × r × sinθ (3)其中,τ为力矩,F为力的大小,r为力的作用点到旋转轴的距离,θ为力的作用线与r之间的夹角。
当力的方向垂直于旋转轴时,力矩的计算简化为:τ = F × r (4)当力的方向平行于旋转轴时,力矩为零,即力不会对物体产生旋转。
在求解力矩时,需要选择合适的参考点。
通常选择旋转轴上的某一点作为参考点,使得计算力矩更加简便。
三、案例分析下面以一个具体案例来说明平衡条件和力矩的计算方法。
假设有一个杆AB,其中A点处有一个重力为10N的物体悬挂着,杆AB的长度为2m,重力的作用点与A点的水平距离为1m。
现求解悬挂物体处于平衡状态时的杆AB的支持力大小和方向。
解题步骤如下:1. 选择参考点选择支持力作用点B为参考点。
2. 列出受力分析图根据题目描述,该物体受到的作用力只有重力。
3. 计算力矩a) 计算重力对参考点B产生的力矩:τg = Fg × r其中,Fg为重力的大小,r为重力的作用点到参考点B的距离。
力学中的平衡问题及解题方法力学是物理学的一个重要分支,研究物体的运动和相互作用。
在力学中,平衡是一个关键概念,指的是物体在外力作用下保持静止或者匀速运动的状态。
解决平衡问题是力学学习的基础,本文将重点介绍平衡问题的概念及解题方法。
一、平衡问题概述在力学中,平衡是指物体的合力与合力矩均为零的状态。
合力指的是物体受到的所有力的矢量和,合力矩是指物体受到的所有力矩之和。
当一个物体处于平衡状态时,其合力为零,即物体受到的所有力相互抵消;合力矩也为零,即力矩的总和等于零。
通过解决平衡问题,我们可以推导出物体的受力关系及各个力的大小和方向。
二、解题方法解决平衡问题的思路和方法有很多,下面将介绍几种常用的方法。
1. 通过自由体图分析自由体图是解决平衡问题的重要工具。
通过将物体从整体中分离出来,将作用在物体上的力单独画在一张图上,即可更清晰地分析受力情况。
首先,选择心理上合适的参考点,计算该点的合力和合力矩,然后利用力的平衡条件和力矩的平衡条件,推导出物体的受力关系。
在绘制自由体图时,需要标注各个力的名称、大小和方向,以便更好地进行分析。
2. 利用转动平衡条件解题当物体可以绕某个轴进行转动时,我们可以利用转动平衡条件解题。
转动平衡条件是指物体的合力矩等于零,即物体受力矩的总和等于零。
通过将每个力的力矩与其距离乘积求和,然后令其等于零,我们可以解得物体的未知量。
在利用转动平衡条件解题时,需要注意选择正确的参考点和力臂的方向。
3. 使用迭加法解题迭加法是一种常用的解决力学问题的方法。
对于一个复杂的平衡问题,我们可以将其分解为多个简单的平衡问题来处理。
将物体逐步分解,每次只考虑其中的一部分受力情况,然后根据平衡条件解题。
最后通过迭代计算,得到物体的受力关系和未知量。
4. 运用静摩擦力解决问题在某些平衡问题中,静摩擦力起到重要的作用。
静摩擦力是指物体接触面上的摩擦力,当其超过一定程度时,可以阻止物体发生滑动。
通过利用静摩擦力的性质,我们可以解决涉及摩擦力的平衡问题。
物体平衡问题的求解方法物体处于静止或匀速运动状态,称之为平衡状态。
平衡状态下的物体是是物理中重要的模型,解平衡问题的基础是对物体进行受力分析。
物体的平衡在物理学中有着广泛的应用,在高考中,直接出现或间接出现的概率非常大。
本文结合近年来的高考试题探讨物体平衡问题的求解策略。
1.整体法和隔离法对于连接体的平衡问题,在不涉及物体间相互作用的内力时,应道德考虑整体法,其次再考虑隔离法。
有时一道题目的求解要整体法、隔离法交叉运用。
[例1] (1998年上海高考题)有一个直角支架AOB ,AO 水平放置,表面粗糙,OB 竖直向下,表面光滑,AO 上套有小环P ,OB 上套有小环P ,两环质量均为m ,两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图1。
现将P 环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO 杆对P 环的支持力N 和细绳上的拉力T 的变化情况是( )A .N 不变,T 变大B .N 不变,T 变小C .N 变大,T 变大D .N 变大,T 变小解析 用整体法分析,支持力mg N 2=不变。
再隔离Q 环,设PQ 与OB 夹角为θ,则不mg T =θcos ,θ角变小,cos θ变大,从上式看出T 将变小。
故本题正确选项为B 。
2.正交分解法物体受到3个或3个以上的力作用时,常用正交分解法列平衡方程,形式为0=合x F ,0=合y F 。
为简化解题步骤,坐标系的建立应达到尽量少分解力的要求。
[例2] (1997年全国高考题)如图2所示,重物的质量为m ,轻细绳AO 与BO 的A 端、B 端是固定的,平衡时AO 是水平的,BO 与水平面夹角为θ,AO 的拉力F 1和BO 的拉力F 2的大小是()A .θcos 1mg F =B .θcot 1mg F =C .θsin 2mg F =D .θsin /2mg F =解析 选O 点为研究对象,O 点受3个力的作用。
物体的平衡解题方法、例解一、 正交分解法力的正交分解法在处理力的合成和分解问题时,我们常把力沿两个互相垂直的方向分解,这种方法叫做力的正交分解法。
正交分解是解决物理学中矢量问题的最得力的工具,因为矢量不仅有大小,而且有方向。
正交分解法的三个步骤第一步,建立正交x 、y 坐标,这是最重要的一步,x 、y 坐标的设立,并不一定是水平与竖直方向,可根据问题方便来设定方向,不过x 与y 的方向一定是相互垂直的。
第二步,将题目所给定要求的各矢量沿x 、y 方向分解,求出各分量,凡跟x 、y 轴方向一致的为正;凡与x 、y 轴反向为负,标以“—”号;凡跟轴垂直的矢量,该矢量在该轴上的分量为0,这是关键的一步。
第三步,根据在各轴方向上的运动状态列方程,这样就把矢量运算转化为标量运算;若各时刻运动状态不同,应根据各时间区间的状态,分阶段来列方程。
这是此法的核心一步。
第四步,根据各x 、y 轴的分量,求出该矢量的大小,一定表明方向,这是最终的一步。
例1、如图所示,用一个斜向上的拉力F 作用在箱子上,使箱子在水平地面上匀速运动。
已知箱子质量为m ,F 与水平方向的夹角为θ,箱子与地面的动摩擦因数为μ。
求拉力F 的大小。
解:箱子受四个力:mg 、F N 、f 、F 作用,如图所示。
建立直角坐标系如图,将拉力F 分解为:F x = Fcos θ , F y = F sin θ.根据共点平衡条件得: x 轴上: Fcos θ = f …… ①y 轴上: Fsin θ+ F N = mg …… ②摩擦定律:f = μF N …… ③将③代入①,再将②中的F N 的表达式代入后得:F =θμθμsin cos +mg 。
二、整体法与隔离法在解物理问题过程应用的整体法,是将几个具有相互作用或影响的物体看成一个整体或系统,进行分析或思考要解决的问题。
在平衡问题中,通常所求的目标是某几个外力时,优先应用整体法。
这时几个物体通常都处于平衡状态。
高考力学平衡问题的解题方法9篇第1篇示例:高考力学平衡问题是高考物理中的一个重要知识点,也是考生们备战高考物理的重点内容之一。
在解题过程中,许多考生常常会遇到困难和疑惑。
本文将从基本概念入手,系统地介绍高考力学平衡问题的解题方法,帮助考生更好地掌握该知识点。
要解决高考力学平衡问题,就要对平衡的概念有一个清晰的认识。
在物理学中,平衡指的是物体在受到外力作用后,其加速度为零,即物体处于静止状态或匀速直线运动状态。
平衡分为静力平衡和动力平衡。
静力平衡指物体受到多个力的作用后,力的合成为零;动力平衡指物体在匀速直线运动时,受到的合外力为零。
在解题过程中要根据具体情况进行分析,选择合适的平衡条件。
解决高考力学平衡问题还需要掌握一些解题技巧。
首先要善于画图,通过图示清晰地表达问题,有助于理清思路。
其次要合理选择坐标系和参照系,简化问题、减小计算难度。
再次要善于拆分分析,将复杂问题分解成若干小问题,逐个解决,最后再将结果合成整体答案。
最后要注重实际问题的分析和应用,加强思维能力和解题能力。
解决高考力学平衡问题需要多加练习,不断总结和提高。
通过大量真题练习,熟悉题目的出题规律和考点,拓宽解题思路和方法。
同时有针对性地进行专项训练,提高解决特定类型问题的能力。
并且要不断总结和反思解题过程中的不足,加以改进,逐步提高解题水平。
在高考力学平衡问题的解题过程中,要善用平衡条件,运用解题技巧,多进行练习,并不断总结提高。
只有通过不懈的努力,才能够在高考物理中取得优异的成绩。
希望本文的介绍和方法对高考物理备考的考生们有所帮助,祝愿大家都能够取得理想的成绩,实现自己的高考梦想。
第2篇示例:高考力学平衡问题是高中物理中的重要内容,也是考生们备战高考物理的重点。
在解题过程中,许多学生常常感到困惑和不知所措。
本文将为大家介绍一种解题方法,希望能对大家有所帮助。
我们需要了解什么是力学平衡问题。
力学平衡是指物体在受力作用下保持静止或匀速直线运动的状态。
掌握平衡位置与稳定性问题的解题技巧解题技巧:掌握平衡位置与稳定性问题平衡位置与稳定性是物理学中常见的问题,掌握解决这类问题的技巧对于学生来说非常重要。
本文将介绍一些解决平衡位置与稳定性问题的技巧,并举例说明。
一、平衡位置的确定在解决平衡问题时,首先需要确定物体的平衡位置。
平衡位置是指物体在外力作用下所处的稳定状态。
确定平衡位置的关键是找到使物体净受力为零的点。
例1:一个直角三角形木块A在水平地面上,一只蚂蚁在木块上,如图1所示。
木块的两条边长分别为3cm和4cm。
蚂蚁会在木块上滑动吗?[图1]解:为了确定平衡位置,我们需要找到使木块A受力平衡的点。
根据力的平衡条件,物体在平衡位置时,合外力矩为零。
对于这个问题,我们可以选择木块的中点作为平衡位置。
因为在这个位置,木块在x轴和y轴方向上的合外力都为零,即没有净受力。
蚂蚁在木块上滑动的关键在于木块的平衡位置是否能保持稳定。
如果蚂蚁位于木块的平衡位置上,那么木块保持平衡。
如果蚂蚁稍微偏离平衡位置,那么木块就会受到一个合外力矩,导致木块倾斜。
二、稳定性的判断在解决稳定性问题时,我们需要判断物体在平衡位置附近的微小偏离是否能够引起稳定的回复。
例2:一个平衡在桌面上的圆柱形铅笔,如图2所示。
当铅笔稍微偏倚时,它会倒下吗?[图2]解:为了判断倾斜铅笔是否会倒下,我们需要考虑平衡位置附近的稳定性。
一个物体在平衡位置上具有稳定性,意味着它能够回复到平衡位置。
稳定性的关键是找到物体的重心位置。
对于圆柱形铅笔,它的重心位于铅芯和木质外壳的交界处。
当铅芯稍微偏倚时,重心会向偏离的一侧移动,产生一个恢复回到平衡位置的力矩。
因此,圆柱形铅笔在平衡位置附近具有稳定性,稍微偏斜时它会回复到平衡位置,而不会倒下。
三、解题技巧的总结在解决平衡位置与稳定性问题时,我们可以采取以下步骤:1. 确定物体的平衡位置:寻找使物体净受力为零的点。
2. 判断平衡位置的稳定性:找到物体的重心位置,判断微小偏离是否会产生稳定的回复。
怎样分析物体的平衡问题物体的平衡问题是力的基本概念及平行四边形定则的直接应用,也是进一步学习力和运动关系的基础.怎样学好这部分知识呢?一、明确分析思路和解题步骤解决物理问题必须有明确的分析思路.而分析思路应从物理问题所遵循的物理规律本身去探求.物体的平衡遵循的物理规律是共点力作用下物体的平衡条件:F合=0,要用该规律去分析平衡问题,首先应明确物体所受该力在何处“共点”,即明确研究对象.在分析出各个力的大小和方向后,还要正确选定研究方法,即合成法或分解法,利用平行四边形定则建立各力之间的联系,借助平衡条件和数学方法,确定结果.由上述分析思路知,解决平衡问题的基本解题步骤为:1.明确研究对象.在平衡问题中,研究对象常有三种情况:①单个物体,若物体能看成质点,则物体受到的各个力的作用点全都画到物体的几何中心上;若物体不能看成质点,则各个力的作用点不能随便移动,应画在实际作用位置上.②物体的组合,遇到这种问题时,应采用隔离法,将物体逐个隔离出去单独分析,其关键是找物体之间的联系,相互作用力是它们相互联系的纽带.③几个物体的的结点,几根绳、绳和棒之间的结点常常是平衡问题的研究对象.2.分析研究对象的受力情况分析研究对象的受力情况需要做好两件事:①确定物体受到哪些力的作用,不能添力,也不能漏力.常用的办法是首先确定重力,其次找接触面,一个接触面通常对应一对弹力和摩擦力,找到接触面后,判定这两个力是否在;第三是加上其它作用力,如拉力、推力等;②准确画出受力示意图.力的示意图关键是力的方向的确定,要培养养成准确画图的习惯.在分析平衡问题时,很多同学常出错误,其重要原因就是画图不重视、不规范,将力的方向搞错,导致全题做错.3.选取研究方法——合成法或分解法合成法或分解法实际上都是平行四边形定则,采用这两种方法的实质是等效替代,即通过两个力的等效合成或某个力的两个等效分力建立已知力与被求力之间的联系,为利用平衡条件解问题做好铺垫.在解题中采用合成法还是分解法应视问题而定,当受力较少时,两种方法求解都很方便.由于高中阶段在对力进行合成或分解时只要求会用直角三角形讨论计算,因此,对物体受力进行正交分解,利用正交分解法求解的平衡问题较为常见.在建立正交坐标系时,其基本原则是使尽可能多的力在坐标轴上,这样分解的力个数少,求解时方便.4.利用平衡条件建立方程利用合成法分析问题时,其平衡方程为:F合=0利用分解法特别是正交分解法分析平衡问题时,其平衡方程为:F x=0 F y=05.数学方法求解建立平衡方程后,利用数学方法即可得到结果.在平衡问题中,常用的数学方法有:代数法、三角函数法、相似三角形法、极值问题等,通过对学生选择数学方法解题过程的考查,可以鉴别其运用数学工具处理物理问题的能力.例1、图中重物的质量为m,轻细线AO和BO的A、B端是固定的,平衡时AD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=mgcosθ;B、F1=mgctgθ;C、F2=mgsinθ;D、F2=mg/sinθ.析:如图1,三根细绳在O,点共点,取O点(结点)为研究对象,分析O点受力如图2.O 点受到AO绳的拉力F1、BO绳的拉力F2以及重物对它的拉力T三个力的作用.图2(a)选取合成法进行研究,将F1、F2合成,得到合力F,由平衡条件知:F=T=mg则: F1=Fctgθ=mgctgθF2=F/sinθ=mg/sinθ图2(b)选取分解法进行研究,将F2分解成互相垂直的两个分力F x、F y,由平衡条件知:F y=T=mg,F x=F1则: F2=F y/sinθ=mg/sinθF1=F x=F y ctgθ=mgctgθ二、掌握题型抓关键明确分析思路和解题步骤后,各种各样的平衡问题均可按此步骤分析求解.但在实际解题过程中仍感到困难重重.原因何在?原因在于命题者为增加试题难度,在上述解题步骤的某个环节上设置障碍,造成学生分析思维受阻.若能找到这些障碍点,即关键之处,并加以突破,问题便迎刃而解了.1.三力平衡问题物体在三个力的作用下处于平衡状态,要求我们分析三力之间的相互关系的问题叫三力平衡问题,这是物体受力平衡中最重要、最典型也最基础的平衡问题.这种类型的问题有以下几种常见题型.(1)三个力中,有两个力互相垂直,第三个力角度(方向)已知。
高考力学平衡问题的解题方法高考力学平衡问题是物理学中常见的问题之一,在考试中常常会出现。
平衡问题是指物体处于不动或匀速直线运动的状态。
在平衡问题中,我们需要考虑平衡力、受力分析、平衡条件等多个方面。
下面将介绍高考力学平衡问题的解题方法。
受力分析首先,在解决平衡问题时,我们需要进行受力分析。
受力分析是指对物体所受的各种力进行全面分析,从而找出物体的平衡状态。
受力分析包括摆图法和自由体图法。
摆图法是指将物体画为简化的示意图,并在图中标出力的方向,将所有力综合画在一起,并确定其方向和作用点。
在摆图法中,我们一般需要进行三个步骤:1. 画出物体示意图2. 将作用在物体上的各个力画在图中3. 进行力的合成,并确定合力的作用点和方向自由体图法是指将物体从整体中隔离出来,而将所有与其相邻的物体和连接器官都抽象成力,从而分析物体所受到的所有受力。
自由体图法也包括三个步骤:2. 在示意图上画出自由体图,并标出相互作用的力3. 进行力的求和,并根据平衡条件来判断受力的情况力的平衡条件力的平衡条件是指物体受到的各个力所产生的合力为零,从而保证物体处于平衡状态。
力的平衡条件包括以下几个方面:1. 作用于物体的力合成为零3. 物体受到的所有力的矢量和为零4. 在相互作用力作用的平面内,各个力的和为零以上平衡条件适用于平面内物体的平衡状态。
对于三维空间的平衡问题,我们还需要考虑轴心定理和力矩平衡条件。
轴心定理是指对于物体在平衡状态下,对任意一个轴心,沿该轴心的力矩之和为零。
轴心定理适用于圆柱体、球体等对称物体的平衡问题。
力矩平衡条件是指物体所受到的合力的力矩等于零,即力矩的综合为零。
力矩平衡条件适用于因受力点的位置而导致的平衡问题。
解题技巧在解决平衡问题时,我们需要掌握一些解题技巧:1. 画图清晰明了2. 全面认真地分析物体所受的各个力3. 应用平衡条件得出未知量4. 确保答案的正确性5. 要对结论进行合理的解释总之,在高考力学平衡问题中,我们需要全面分析受力情况,并应用相应的平衡条件来求解未知量,从而得出正确的答案。
处理共点力平衡问题的常见方法和技巧物体所受各力的作用线(或其反向延长线)能交于一点,且物体处于静止状态或匀速直线运动状态,则称为共点力作用下物体的平衡。
它是静力学中最常见的问题,下面主要介绍处理共点力作用下物体平衡问题的一些思维方法。
1.解三个共点力作用下物体平衡问题的方法解三个共点力作用下物体平衡问题的常用方法有以下五种:(1 )力的合成、分解法:对于三力平衡问题,一般可根据“任意两个力的合成与第三个力等大反向”的关系,即利用平衡条件的“等值、反向”原理解答。
例1•如图1所示,一小球在纸面内来回振动,当绳OA和OB拉力相等时,摆线与竖直方向的夹角■为:()图1A.15°B. 30°C. 45°D. 60°解析:对O点进行受力分析,O点受到OA 绳和OB绳的拉力F A和F B及小球通过绳子对O点的拉力F三个力的作用,在这三个力的作用下O点处于平衡状态,由“等值、反向”原理得,F A和F B的合力F合与F是等值反向的,由平行四边形定则,作出F A和F B的合力F 合,如图2所示,由图可知匠=词,故答案是A。
图2(2)矢量三角形法:物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时,这三个力的矢量箭头首尾相接,构成一个矢量三角形;反之,若三个力矢量箭头首尾相接 恰好构成三角形,则这三个力的合成必为 零,因此可利用三角形法,求得未知力。
例2.图3中重物的质量为 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。
AO 的拉力和BO 的拉力的大小是:()= ^gsin.6 F TJL = ?«gcot 8F T& = mg^8凉一宜血总解析:因结点O 受三力作用而平衡,且 与mg 垂直,所以三力应组成一个封闭的直角三角形,如图4所示,由直角三角形 知识得:=—.:」-.,: : “,所以选项 B 、D 正确。
解平衡问题几种常见方法
a 、力的合成、分解法:对于三力平衡,一般根据“任意两个力的合力与第三力等大反向”的关系,借助三角函数、相似三角形等手段求解;或将某一个力分解到另外两个力的反方向上,得到这两个分力必与另外两个力等大、反向;对于多个力的平衡,利用先分解再合成的正交分解法。
b 、力汇交原理:如果一个物体受三个不平行外力的作用而平衡,这三个力的作用线必在同一平面上,而且必有共点力。
c 、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)00(∑∑==y x F F 多用于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,尽可能使落在x 、y 轴上的力多;被分解的力尽可能是已知力。
d 、矢量三角形法:物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时,这三个力的矢量箭头首尾相接恰好构成三角形,则这三个力的合力必为零,利用三角形法求得未知力。
e 、对称法:利用物理学中存在的各种对称关系分析问题和处理问题的方法叫做对称法。
在静力学中所研究对象有些具有对称性,模型的对称往往反映出物体或系统受力的对称性。
解题中注意到这一点,会使解题过程简化。
f 、正弦定理法:三力平衡时,三个力可构成一封闭三角形,若由题设条件寻找到角度关系,则可用正弦定理列式求解。
g 、相似三角形法:利用力的三角形和线段三角形相似。
例谈物体的动态平衡物体的动态平衡是指物体在运动中的平衡。
它是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢变化,在此过程中,物体始终处于一系列的动态平衡状态。
这类问题具有一定的综合性和求解的灵活性,可以充分考查学生分析问题、解决问题的能力。
本文以实例对这类问题进行讨论。
一、函数法例1:一盏电灯重为G ,悬于天花板上A 点,在电线O 处系一细线OB ,使电线OA偏离竖直方向的夹角为β=300,如图1(a )所示。
现保持β角不变,缓慢调整OB 方向至OB 线上拉力最小为止,此时OB 与水平方向的交角α等于多少?最小拉力是多少?解析:在电线OA 、OC 以及绳OB 三个力的作用下,结点O处于平衡状态。
当α角发生改变时,因β角保持不变,所以重物始终处于动态平衡,结点O 受电线OC 的拉力T C 大小为G ,方向保持不变。
任选一状态受力分析如图1(b )所示,据三力平衡特点可知:OA 、OB 对O 点的作用力T A 、T B 的合力T 与T C 等大反向,即:T=T C =G ……………………………… ①在△OT B T 中,∠TOT B =900-α,又∠OTT B =∠TOA =β,故∠OT B T =1800-(900-α)-β=900+α-β。
由正弦定理得: )90sin(sin 0βαβ-+=T T B ………… ② 联立①②解得:)cos(sin αββ-=G T B 因β不变,故当α=β=300时,T B 最小,且T B =Gsin β=G/2。
点评:本题通过对研究对象的任一状态受力分析,找出了应变量与自变量的一般函数关系,然后根据自变量的变化情况来讨论应变量变化。
这种方法在讨论动态平衡问题中具有普遍性。
二、图解法例2:重为G 的物体系在OA 、OB 两根等长的轻绳上,轻绳的A 端和B 端挂在半圆形的支架BAD 上,如图2(a )所示,若固定A 端的位置,将OB 绳子的B 端沿半圆支架从水平位置逐渐移至竖直位置C 的过程中,则以下说法正确的是( )(94全国高考题)A 、OB 绳上的拉力先增大后减小B、OB绳上的拉力先减小后增大C、OA绳上的拉力先减小后增大D、OA绳上的拉力一直逐渐减小解析:选结点O为研究对象,结点O受到重物的拉力T,OA绳子的拉力T A,OB绳子的拉力T B三个力的作用。
物理共点力平衡问题解题技巧物理共点力平衡问题是一类比较常见的力学问题,掌握其解题技巧对于解决这类问题非常有帮助。
下面从平衡条件、平衡条件的应用、解题方法三个方面来探讨物理共点力平衡问题的解题技巧。
一、平衡条件共点力平衡条件是物体所受的合外力为零,即物体所受的力相互平衡。
根据牛顿第三定律,物体所受的力必须满足以下三个条件:1.物体所受的合力为零,即物体处于静止或匀速直线运动状态;2.物体所受的合力矩为零,即物体不发生旋转;3.物体所受的各个力在其作用点上的力矩平衡,即物体不发生力矩的转动。
二、平衡条件的应用共点力平衡条件在日常生活和工程实际中有着广泛的应用,例如在建筑物结构分析、物体受力分析、机械能守恒等方面都有应用。
下面举两个例子:1.建筑物结构分析在建筑物结构分析中,共点力平衡条件可以帮助我们分析建筑物各个部分的受力情况,从而判断建筑物的稳定性和安全性。
例如,我们可以利用共点力平衡条件分析建筑物受到的风力和地震力的影响,从而设计出更加安全的建筑结构。
2.物体受力分析在物体受力分析中,共点力平衡条件可以帮助我们判断物体的运动状态和受力情况。
例如,我们可以利用共点力平衡条件分析物体的重力、弹力和摩擦力等力的作用,从而了解物体的运动状态和变化趋势。
三、解题方法解决共点力平衡问题需要掌握一定的解题方法,下面介绍两种常用的方法:1.合成法合成法是将两个或两个以上的力合成一个合力,然后根据合力的大小和方向来分析物体的受力情况。
这种方法适用于已知物体受到的各个力的方向和大小的情况。
例如,在分析物体的重力、弹力和摩擦力时,可以先将这三个力合成一个合力,然后根据合力的方向和大小来判断物体的运动状态。
2.分解法分解法是将一个力分解成两个或两个以上的分力,然后根据分力的方向和大小来分析物体的受力情况。
这种方法适用于已知物体受到一个力的方向和大小的情况。
例如,在分析物体的重力时,可以将重力分解成水平方向的分力和竖直方向的分力,然后根据分力的方向和大小来判断物体的运动状态。
重力与物体的平衡状态解题技巧重力和物体的平衡状态是物理学中重要的概念。
无论是在日常生活中还是在学术研究中,理解和应用这些概念都是至关重要的。
本文将为您介绍重力与物体平衡状态的解题技巧,帮助您更好地理解和应用这些概念。
一、重力的概念重力是地球吸引物体的力量。
根据万有引力定律,两个物体之间的引力与它们的质量成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
这意味着,质量越大的物体受到的重力越大,物体间距离越近,重力也越大。
二、物体的平衡状态物体的平衡状态指的是物体处于不发生任何运动的状态,即受到的合力为零。
物体的平衡状态有三种类型:稳定平衡、不稳定平衡和中立平衡。
1. 稳定平衡:当物体发生微小偏移时,它将自动返回原来的位置。
例如,放在桌子上的杯子,如果被轻轻推动,会摆动一下然后回到原位。
2. 不稳定平衡:当物体发生微小偏移时,它将继续偏离原来的位置。
例如,将一个高高地竖立在桌子上的铅笔推倒,它将继续倒下。
3. 中立平衡:当物体发生微小偏移时,它会停留在新的位置。
例如,一个球静止在平地上,无论球向哪个方向移动,它都会停在新的位置而不会回到初始位置。
三、解题技巧在解题过程中,理解重力和物体平衡状态的概念是至关重要的。
以下是一些解题技巧,可以帮助您更好地应用这些概念。
1. 明确问题:首先,要清楚地明确问题的要求。
了解需要计算的物体、重力和平衡状态的相关信息,并明确给定的条件和未知数。
2. 画图示意:画出形象直观的图示可以帮助我们更好地理解问题,并确定物体和力的作用方向。
可以使用箭头表示力的大小和方向,并标出物体之间的距离。
3. 应用力平衡条件:根据力的平衡条件,当物体处于平衡状态时,合力为零。
根据这个条件,我们可以将已知的力分解为水平和垂直方向的分力,并使用向上向下和向左向右的正负符号表示力的方向。
4. 使用合力公式:根据合力公式F = ma,其中F表示合力,m表示物体的质量,a表示加速度。
在平衡状态下,由于加速度为零,所以合力也为零。
物系平衡解题步骤
物系平衡解题步骤
作为物理学中的一大难点,平衡的解题步骤经常令学生感到困扰。
在这里,笔者将为大家介绍一套物系平衡解题步骤。
这个步骤可以帮助大家更加轻松地解决平衡问题。
一、找出受力图
首先,我们需要找出物理系统的受力图。
这个受力图在很大程度上可以帮助我们分析物理系统的受力情况,为平衡解题提供重要信息。
二、分解力和计算力的大小
接下来,我们需要对受力图进行分析。
首先,我们可以将每一个力都进行分解,分别计算每个分力的大小。
对于力的计算,我们可以利用牛顿第二定律进行推导。
三、分析平衡方程
然后,我们需要根据平衡的定义,列出平衡方程。
平衡方程是指物理系统在平衡状态下,满足合力为零,合力矩为零两个条件。
这个步骤的关键在于,我们需要确定平衡点的位置,从而可以计算合力矩。
四、解方程
接下来,我们需要解平衡方程。
这个步骤的难点在于,我们需要将平衡方程进行简化,从而可以得到待求量的表达式。
在简化和解方程的过程中,我们需要注意单位的一致性和精度的保证。
五、确定答案
最后,我们需要对得出的结果进行检查和确定。
十分重要的是,我们应该从物理实际出发,对答案进行合理性的确认。
如果答案有误,我们应该及时找出错误,并进行更正。
总结
物系平衡解题步骤是一个相对系统和完整的解题思路。
在实际解题过程中,我们可以灵活运用其中的各个步骤。
通过不断的实践和探索,相信我们会越来越擅长平衡解题,得到更好的成绩。
《物体平衡问题的解题方法及技巧》
课堂实录
陈光旭(兴山一中湖北443700)物体平衡问题是高考考查的一个热点,在选择题、计算题甚至实验题中都有考查和应用。
如2010安徽卷第18题、2010广东卷第13题、2010山东卷第17题、2010新课标全国卷第18题等等……
由于处于平衡状态的物体,它的受力和运动状态较为单一,往往为一些同学和老师所忽视。
但作为牛顿第二定律的一种特殊情况,它又涵盖了应用牛顿第二定律解决动力学问题的方法和技巧,所以解决好平衡问题是我们解决其它力学问题的一个基石。
物体的平衡是力的平衡。
受力分析就成了解决平衡问题的关键!从研究对象来看,物体的平衡可分为单体平衡和多体平衡;从物体的受力来看,又可分为静态平衡和动态平衡。
一、物体单体平衡问题示例:
例一:(2010新课标全国卷18)如图一,一物块置于水平地面上,当用与水平方向成600角的力F1拉物块时,物块做匀速直线运动;当改用与水平方向成300的力F2推物块时,物块仍做匀速直线运动。
若F1和F2的大小相等,则物块和地面间的动摩擦因数为:
F 2
A :2-3 B.3-1 C.3/2-1/2 D.1-3/2
解析:将F 1分解到水平方向和竖直方向,如图二,水平方向受力平衡: F 1COS600=Fu
竖直方向:FN -F 1=mg
同理,对F 2进行分解,建立方程组,解出结果为A 在解决这类问题时,我们用的方法就是将物体受到的力,分解到物体的运动方向和垂直与物体的运动方向,列出两个平衡方程,解出未知问题。
这种方法不光对平衡问题适用,对非平衡问题同样适用。
例二:如图三,光滑小球放在一
带有圆槽的物体和墙壁之间,处于静
止状态,现将圆槽稍稍向右移动一
点,则球对墙的压力和对物体的压力
如何变化?
解析:这是单体的动态平衡问题 图一
图二 图三
对小球受力分析,如图四.由
于物体处于平衡,物体所受重力、
墙壁的作用力的合力与圆槽的作
用力等值反向。
当圆槽稍稍向右移
时,θ角变小mg 恒定,F 墙的方向
不变,所以,斜槽和墙壁对物体的
支持力都变小。
由牛顿第三定律,
球对墙和斜槽的压力都变小。
在作图时,学生习惯是在画平行四边形时,先把箭头打好,这实际上就把力的大小和方向都确定了,这样很难画出符合题意的平行四边形。
为了能画出符合题意的平行四边形,我们的技巧是:先画出重力并打上箭头,再以重力的两个端点为起点,按另外两个力的方向画平行四边形,就可以画出满足题意的四边形了!
例三:如图五,一质量为m 的带电小球A ,用长为L 的绝缘细线悬挂于O 点,在O 点的正下方距离为H 处用绝缘
杆固定一带电小球B,已知两球带电相
同。
在库仑力的作用下,细线与竖直方
向的夹角为θ。
随着两球带电量的减少,
θ角也减小。
问绳的张力如何变化?
图五
A
L F H mg 2 解析:作出A 的受力图如图六。
设绳的拉力为F 2,库仑力为F 1,
由力的三角形和长度的三角形相似得: 由上式可知,由于mg 和H 、L 为定值,所以F 2不变。
现在我们来比较一下例二和例 三:研究对象都是三个力的平
衡,但例二受到的三个力中,一个力恒定(重力),一个力的方向不变(墙壁的弹力),另一个力大小和方向变化(斜槽的弹力),这样我们用平行四边形就很容易比较出力的变化;而例三一个力恒定,而其他两个力都不确定,这样如果我们再用平行四边形,就很难确定另外两个边的变化。
所以我们借助于相似三角形。
在以后的学习中,如果我们遇到三个力的平衡,若一个力恒定,一个力的方向恒定,一般用平行四边形去解决问题就较为简单;若一个力恒定,另外两个力不确定,则我们就用相似三角形去解决问题。
例四:如图,电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上,两相同的金属导体棒a 、b 垂直导轨静止放置,且与导轨接触良好,匀强磁场垂直穿过导轨平面。
现用平行与导轨的恒力F 作用在a 的中点,使其向上运动。
若b 始终保持静止,则此过程中它所受摩擦力( )
F 1
a 图七 A.可能一直等于0
B.可能先减小后不变
C.可能一直等于 F
D.可能先减小再增大
解析:以b 为研究对
象,对它受力分析得:
mgsin θ-BIL -F U =0
以a 为研究对象:
F -mgsin θ-BIL=ma
R BLV
I
分析:a 由静止开始运动,所以V 逐渐增大,安培力逐渐增大,a 做加速度逐渐减小的加速运动。
当加速度为0时,a 做匀速直线运动,安培力恒定。
对b 来说,开始F U 沿斜面向下,然后逐渐减小。
若安培力稳定后,仍然小于mgsin θ,则摩擦力没反向,所以它先变小后稳定;若稳定后安培力BIL 大于mgsin θ,则摩擦力反向了,说明它先减小后增大,再稳定。
正确答案为BD 。
本题我们的研究对象是b ,可我们分析的重点却放在了a 上。
因为引起b 的摩擦力变化的因素是b 上安培力的变化,而安培力的变化又是因为电流I 的变化,I 的变化又是因为a 的v 的变化,所以对a 的分析就成了解决问题的关键!这是
物理问题中的追根溯源!
例五:位于同一水平面上的两根粗糙的导电轨,放置在斜向左上方,与水平面成600
角足够大的匀强磁场中,现
给出这一装置的侧视图,如
图八示。
一根通有恒定电流
的金属棒在导轨上向右做匀
速运动,在匀强磁场沿顺时
针缓慢转过300角的过程中,为了使金属棒保持匀速运动,磁感应强度B 的大小变化情况可能是:
A.一直减小
B.一直增大
C.先减小后增大
D.先增大后减小
解析:以金属棒为研究对象,受力如图九所示。
在磁场转动的
过程中,设B 与水平方向的夹角
为θ,则600≤θ≤900.
竖直方向:mg=F N +BILcos θ
水平方向:BILsin θ=u(mg -BILcos θ)
由三角函数知识得:BSin(θ+Φ)=21μμ+IL mg
图八
图九
其中cos Φ=211
μ+;若Φ≧300,则Sin(θ+Φ)为减函数,所以
B 始终增大;若Φ≦300,则B 先减小后增大。
答案:BC.
该题是动态平衡和数学知识的整合,对学生的能力要求较高。
但单从物理和数学的角度来看,用到的知识都很常规,因此,遇到这样的题我们也没必要有太大的心理压力。
二、多体平衡示例:
例六:(1998.上海)有一个直角支架AOB,AO 水平放置,表面粗糙,OB 竖直向下,表面光滑。
AO 上套有小环P ,OB 上套有小环Q ,两环的质量均为m ,,两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图十。
现将P 环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO 杆对P 环的支持力N 和细绳上的拉力T 的变化情况是:
A.N 不变,T 变大
B.N 不变,T 变小
C.N 变大,T 变大
D.N 变大,T 变小
A Q B
U
F N 图十一
解析:把P、Q看成一个整体,绳的拉力为整体的内力。
则在竖直方向:2mg=N
在水平方向:F N =F U
从方程可以很容易看出N不变。
再以Q为研究对象,利用平行四边形定则可以判定:在P向左移动一点后,T减小,F N也减少。
这是一道多体平衡的问题。
我们可以看到,在处理多体平衡的问题时,同时利用整体法和隔离法,可使问题大大简化。
但也并不是说一定要用整体法和隔离法才能处理。
以这道题为例,我们分别对Q和P用隔离法,同样可以把问题处理掉。
关于平衡的问题,题型还有很多。
但不管是复杂的还是简单的,只要我们按照我们解决物理问题的一般方法,先对研究对象进行受力分析,然后分析它的运动状态,再看它遵循的物理规律,一切就会柳暗花明!
(此文档部分内容来源于网络,如有侵权请告知删除,文档可自行编辑修改内容,
供参考,感谢您的配合和支持)。