动态平衡中的三力问题专题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。
例1 如图1所示,一个重力G 的匀质球放在光滑斜面上,斜面倾角为α,在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态。
今使板与斜面的夹角β缓慢增大,问:在此过程中,挡板和斜面对球的压力大小如何变化?答案:F 2先减小后增大,F 1随β增大而始终减小。
例2.如图所示,小球被轻质细绳系着,斜吊着放在光滑斜面上,小球质量为m ,斜面倾角为θ,向右缓慢推动斜面,直到细线与斜面平行,在这个过程中,绳上张力、斜面对小球的支持力的变化情况?答案:绳上张力减小,斜面对小球的支持力增大专题训练1.半圆形支架BAD 上悬着两细绳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位置缓慢移到竖直位置C 的过程中(如图),分析OA 绳和OB绳所受力的大小如何变化。
2.如图,电灯悬挂于两墙之间,更换水平绳OA 使连结点A 向上移动而保持O 点的位置不变,则A 点向上移动时( )A .绳OA 的拉力逐渐增大B .绳OA 的拉力逐渐减小C .绳OA 的拉力先增大后减小D .绳OA 的拉力先减小后增大3.如图,用细绳将重球悬挂在竖直光滑墙上,当绳伸长时( )A .绳的拉力变小,墙对球的弹力变大B .绳的拉力变小,墙对球的弹力变小C .绳的拉力变大,墙对球的弹力变小D .绳的拉力变大,墙对球的弹力变大4.在共点力的合成实验中,如图,使弹簧秤b 按图示的位置开始顺时针方向缓慢转90角,在这个过程中,保持O 点位置不动,a 弹簧秤的拉伸方向不变,则整个过程中关于a 、b 弹簧的读数变化是( )A .a 增大,b 减小B .a 减小,b 减小C .a 减小,b 先减小后增大D .a 先减小后增大5.如图所示,把球夹在竖直墙AC 和木板BC 之间,不计摩擦,球对墙的压力为F N 1,球对板的压力为F N 2.在将板BC 逐渐放至水平的过程中,下列说法中,正确的是( )A .F N 1和F N 2都增大B .F N 1和F N 2都减小C .F N 1增大,F N 2减小D .F N 1减小,F N 2增大6.(2012·山东理综·17)如图所示,两相同轻质硬杆OO 1、OO 2可绕其两端垂直纸面的水平轴O 、O 1、O 2转动,在O 点悬挂一重物M ,将两相同木块m 分别紧压在竖直挡板上,此时整个系统保持静止.F f表示木块与挡板间摩擦力的大小,F N 表示木块与挡板间正压力的大小.若挡板间的距离稍许增大后,系统仍静止且O 1、O 2始终等高,则 ( )A .F f 变小B .F f 不变C .F N 变小D .F N 变大7. 如图所示,一光滑小球静止放置在光滑半球面的底端,用竖直放置的光滑挡板水平向右缓慢地推动小球,则在小球运动的过程中(该过程小球未脱离球面),木板对小球的推力F 1、半球面对小球的支持力F 2的变化情况正确的是 ( )A .F 1增大,F 2减小B .F 1增大,F 2增大C .F 1减小,F 2减小D .F 1减小,F 2增大8.如图所示,小球用细绳系住放在倾角为 的光滑斜面上,当细绳由水平方向逐渐向上偏移时,细绳上的拉力将:A .逐渐变大B .逐渐变小C .先增大后减小D .先减小后增大9.如图所示,两个质量都是m 的小球A 、B 用轻杆连接后斜放在墙上处于平衡状态。
已知竖直墙面光滑,水平地面粗糙,现将A 向上移动一小段距离,两球再次平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,地面对B 球的支持力N 和轻杆上的压力F 的变化情况是:A.N 不变,F 变大B.N 不变,F 变小C.N 变大,F 变大D.N 变大,F 变小10 如图所示,AC 、CD 、BD 为三根长度均为l 的轻绳,A 、B 两端被悬挂在水平天花板上,相距2l .现在C 点上悬挂一个质量为m 的重物,为使CD 轻绳保持水平,在D 点上可施加力的最小值为( )A .mgB .33mg C.12mg D.14mg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。
例1.一轻杆BO ,其O 端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO 上,B 端挂一重物,且系一细绳,细绳跨过杆顶A 处的光滑小滑轮,用力F 拉住,如图2-1所示。
现将细绳缓慢往左拉,使杆BO 与杆A O 间的夹角θ逐渐减少,则在此过程中,拉力F 及杆BO 所受压力F N 的大小变化情况是( )A .F N 先减小,后增大B .F N 始终不变C .F 先减小,后增大 D.F 始终不变答案为选项B例2.如图2-3所示,光滑的半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,轻绳的一端系一小球,靠放在半球上的A 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,在使小球沿球面由A 到半球的顶点B 的过程中,半球对小球的支持力N 和绳对小球的拉力T的大小变化情况是( D )。
A. N 变大,T 变小,B. N 变小,T 变大C. N 变小,T 先变小后变大D. N 不变,T 变小 专题训练1、如图2-2所示,竖直绝缘墙壁上的Q 处由一固定的质点A ,在Q 的正上方的P 点用细线悬挂一质点B ,A 、B 两点因为带电而相互排斥,致使悬线与竖直方向成θ角,由于漏电使A 、B 两质点的电量逐渐减小,在电荷漏空之前悬线对悬点P 的拉力T 大小( )A 、T 变小B 、T 变大C 、T 不变D 、T 无法确定2、如图所示,两球A 、B 用劲度系数为k 1的轻弹簧相连,球B 用长为L 的细绳悬于O 点,球A 固定在O 点正下方,且点O 、A 之间的距离恰为L ,系统平衡时绳子所受的拉力为F 1.现把A 、B 间的弹簧换成劲度系数为k 2的轻弹簧,仍使系统平衡,此时绳子所受的拉力为F 2,则F 1与F 2的大小之间的关系为( )A .F 1>F 2B .F 1=F 2C .F 1<F 2D .无法确定3、如图甲所示,AC 是上端带定滑轮的固定竖直杆,质量不计的轻杆BC 一端通过铰链固定在C 点,另一端B 悬挂一重为G 的重物,且B 端系有一根轻绳并绕过定滑轮A.现用力F 拉绳,开始时∠BCA >90°,使∠BCA 缓慢减小,直到杆BC 接近竖直杆AC.此过程中,杆BC 所受的力( )A .大小不变B .逐渐增大C .逐渐减小D .先增大后减小4.A 、B 为带有等量同种电荷的金属小球,现用等长的绝缘细线把二球悬吊于绝缘墙面上的O 点,稳定后B 球摆起,A 球压紧墙面,如图所示。
现把二球的带电量加倍,则下列关于OB 绳中拉力及二绳间夹角的变化的说法中正确的是: A. 二绳间的夹角增大,OB 绳中拉力增大 B. 二绳间的夹角增大,OB 绳中拉力减小C. 二绳间的夹角增大,OB 绳中拉力不变D. 二绳间的夹角不变,OB 绳中拉力不变5.如图所示,绳子的两端分别固定在天花板上的A 、B 两点,开始在绳的中点O 挂一重物G ,绳子OA 、OB 的拉力分别为F 1、F 2。
若把重物右移到O '点悬挂(B O A O '<'),绳A O '和B O '中的拉力分别为'1F 和'2F ,则力的大小关系正确的是:A.'>11F F ,'>22F FB. '<11F F ,'<22F FC. '>11F F ,'<22F FD. '<11F F ,'>22F F图2-3 B方法三: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。
例1.如图4-1所示,在水平天花板与竖直墙壁间,通过不计质量的柔软绳子和光滑的轻小滑轮悬挂重物G =40N ,绳长L =2.5m ,OA =1.5m ,求绳中张力的大小,并讨论:(1)当B 点位置固定,A 端缓慢左移时,绳中张力如何变化?(2)当A 点位置固定,B 端缓慢下移时,绳中张力又如何变化?解析:取绳子c 点为研究对角,受到三根绳的拉力,如图4-2所示分别为F 1、F 2、F 3,延长绳AO 交竖直墙于D 点,由于是同一根轻绳,可得:21F F =,BC 长度等于CD ,AD 长度等于绳长。
设角∠OAD 为θ;根据三个力平衡可得:θsin 21GF = ;在三角形AOD 中可知,ADOD =θsin 。
如果A 端左移,AD 变为如图4-3中虚线A ′D ′所示,可知A ′D ′不变,OD ′减小,θsin 减小,F 1变大。
如果B 端下移,BC 变为如图4-4虚线B ′C ′所示,可知AD 、OD 不变,θsin 不变,F 1不变。
同种类型:如图4-5所示,长度为5cm 的细绳的两端分别系于竖立地面上相距为4m 的两杆的顶端A 、B ,绳子上挂有一个光滑的轻质钩,其下端连着一个重12N 的物体,平衡时绳中的张力多大?2.如图所示,将一根不可伸长的柔软轻绳的两端系在两根立于水平地面上的竖直杆M 、N 等高的两点a 、b 上,用一个动滑轮悬挂一个重物G 后挂在绳子上,达到平衡时,两段绳子的拉力为T1,现将绳子b端慢慢向下移动一段距离,待系统再次达到平衡时,两绳子的拉力为T 2,则A.T 2>T 1B.T 2=T 1C.T 2<T 1D.由于b 点下降高度未知,T 1和T 2的关系不能确定3.轻绳一端系在质量为m 的物体A 上,另一端系在一个套在粗糙竖直杆MN 的圆环上。