高中物理力的动态平衡问题模型

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高中物理力学常考的一种模型,是力的动态平衡问题,动态平衡是指物体从一个受力平衡状态到另一个平衡状态的过程。特点是一般题目中会出现“缓缓”“缓慢”“慢慢”等关键词,这些关键字就说明物体处于动态平衡状态。

这类体型总的说来有以下几种类型。

1、物体受三力,有一力是恒力,一力方向不变。

一般来说这个恒力就是重力,如下面这个高考题就是这种类型的动态平衡问题题目。

如图,一小球放置在木板与竖直墙面之间,设墙面对球的压力大小为N1,球对木板的压力大小为N2,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(   B   )

A.N1始终减小,N2始终增大

B.N1始终减小,N2始终减小

C.N1先增大后减小,N2始终减小

D.N1先增大后减小,N2先减小后增大

解析:对这种类型的题目,就是受力分析建立动态三角形,根据动态三角形边长变化情况,得出各个力的变化情况。由下图可知,小球对墙的压力N1不断减小,小球对木板的压力N2不断减小,故B正确

方法:画出球的受力示意图

1、恒力G不动

2、反向延长方向不变的力N1

3、平移第三个力N2,构造一个矢量三角形

4、板移动后再构造一个矢量三角形

2、物体受三力,一力是恒力,另外两个力大小方向均不确定。这类动态平衡问题需要用到相似三角形

(多选)如图所示,竖直杆CB顶端有光滑轻质滑轮,轻质杆OA自重不计,可绕O点自由转动,OA=OB.当绳缓慢放下,使∠AOB由0°逐渐增大到180°的过程中(不包括0°和180°.下列说法正确的是( C D)

A.绳上的拉力先逐渐增大后逐渐减小

B.杆上的压力先逐渐减小后逐渐增大

C.绳上的拉力越来越大,但不超过2G

D.杆上的压力大小始终等于G

解析:节点A受力如图,由下图相似三角形可知,,OB和G不变,故比值不变;OA不变,故N不变;AB变大但是小于2OB,故F变大但是小于2G。

3、物体受三力,一个力是恒力,另两个力是变力但两力夹角不变。将受力分析放在圆中处理。

(2017全国卷1第21题)(多选)如图,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N,初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角为 α( )。现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角 α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中( AD )

A、MN上的张力逐渐增大
B、MN上的张力先增大后减小
C、OM上的张力逐渐增大
D、OM上的张力先增大后减小

解析:以重物为研究对象,受重力mg,OM绳上拉力F1,MN上拉力F2,由题意知,三个力合力始终为零,矢量三角形如下图所示,F2缓慢沿着圆周转动到F2水平的过程中,MN上的张力F1逐渐增大,OM上的张力F2先增大后减小。

高中物理如何受力分析


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