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高中三年级物理

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    如图所示,一个表面光滑的小球放在一个“V”型槽中处于静止状态,设壁a对小球的支持力为Fa,壁b对小球的支持力为Fb。则下列说法正确的是

    [     ]

    A. Fa和Fb是一对平衡力
    B. Fa和Fb是一对相互作用力
    C. 若增大槽的夹角θ,Fa和Fb的合力不变
    D. 若增大槽的夹角θ,Fa和Fb同时变大
    本题信息:2012年广东省模拟题物理单选题难度一般 来源:马凤霞
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本试题 “如图所示,一个表面光滑的小球放在一个“V”型槽中处于静止状态,设壁a对小球的支持力为Fa,壁b对小球的支持力为Fb。则下列说法正确的是[ ]A. Fa和Fb是一对平衡...” 主要考查您对

共点力的平衡

平衡力

作用力和反作用力

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共点力:

作用在物体的同一点,或作用线相交于一点的几个力。

平衡状态:

物体保持匀速直线运动或静止叫平衡状态,是加速度等于零的状态。

共点力作用下的物体的平衡条件:

物体所受的合外力为零,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,∑Fy=0。

解决平衡问题的常用方法:

隔离法、整体法、图解法、三角形相似法、正交分解法等。
图解法分析分力与合力的关系:

当两个分力成一定的夹角α(α<180)时,增大其中一个分力或使两个分力都增大,合力的变化情况如何呢?这个问题可以用数学公式推导分析,也可以用函数图像数形结合分析,但最简捷有效的方法是图解法。为了便于分析合力的变化,设,借助辅助参考圆来进行分析。如图所示,F1、F2的共点在圆心,而且开始时F1、F2的合力为F,大小恰好为圆的半径。

(1)当保持力F2不变,只增大F1时,如图所示,合力,的大小可能出现三种情况:减小、不变或增大,即 。我们可以得到这样的结论:当两个力F1、F1夹角α保持不变,在增大其中一个分力时,它们的合力大小可能减小、不变或增大。
 
(2)当两个分力F1、F2都增大时,如图所示,合力F 的大小也有可能出现三种情况:减小、不变或增大,即,我们也可以得到这样的结论:当两个力F1、F2夹角α保持不变,在同时增大两个分力时,它们的合力F大小可能减小、不变或增大。


整体法与隔离法:

(1)整体法:当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时,一般可采用整体法。运用整体法解题的基本步骤是:
①明确研究的系统和运动的全过程;
②画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图;
③选用适当的物理规律列方程求解。
(2)隔离法:为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况,一般可采用隔离法。运用隔离法解题的基本步骤是:
①明确研究对象或过程、状态;
②将某个研究对象或某段运动过程、某个状态从全过程中隔离出来;
③画出某状态下的受力图或运动过程示意图;
④选用适当的物理规律列方程求解。隔离法和整体法常常需交叉运用,从而优化解题思路和方法,使解题简捷明了。
受力分析的一般顺序:

(1)明确研究对象,研究对象可以是质点、结点、物体、物体系。
(2)找出所有接触点。
(3)按顺序分析物体受力。一般先分析场力(重力、电场力、磁场力等不接触力).再依次对每一接触点分析弹力、摩擦力。
(4)找出每个力的施力物体。(防“多”分析力)
(5)看受力与运动状态是否相符。(防“漏”力、 “错”力)
(6)正确画出受力图。注意不同对象的受力图用隔离法分别画出,对于质点和不考虑力对物体的形变和转动效果的情况,可将各力平移至物体的重心上,即各力均从重心画起。

受力分析的步骤:

第一步:隔离物体。隔离物体就是把被分析的那个物体或系统单独画出来,而不要管其周围的其他物体,这是受力分析的基础。
第二步:在已隔离的物体上画出重力和其他已知力。重力是一个已知力,可首先把它画出来。另外,物体往往在重力及其他主动力作用下才与其他物体产生挤压、拉伸以及相对运动等,进而产生弹力和摩擦力,所以还要分析其他主动力。第三步:查找接触点和接触面。就是查找被分析物体与其他物体的接触点和接触面。弹力和摩擦力是接触力,其他物体对被分析物体的弹力和摩擦力只能通过接触点和接触面来作用,这就是说寻找物体所受的弹力(拉力、压力、支持力等)和摩擦力只能在被分析物体与其他物体相接触的点和面上找。查找接触点和接触面要全,每个接触点或面上最多有两个力(一个弹力,一个摩擦力)。
第四步:分析弹力(拉力、压力、支持力等)。在被分析物体与其他物体的接触处,如果有形变(挤压或拉伸),则该处就有弹力,反之则没有。在确定弹力存在以后,其方向就比较容易确定了。
第五步:分析摩擦力。摩擦力分静摩擦力和滑动摩擦力,它们的产生条件是两物体接触处不光滑,除挤压外还要有相对滑动的趋势或相对滑动。因此分析接触面上有无摩擦力,首先要看接触面是否光滑(这是题目中的已知条件),其次看有无弹力,然后再进行摩擦力的判断:接触面上有相对滑动时有滑动摩擦力,其大小,方向跟物体的相对运动方向相反;接触面上无相对滑动但有相对滑动趋势时有静摩擦力,它的大小和方向总是跟迫使物体产生相对滑动趋势的外力有关。

受力分析中的技巧:

(1)研究对象的受力图,通常只画出根据性质命名的力,不要把按效果分解的分力或合力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解。
(2)区分内力和外力。对几个物体的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成了外力,要画在受力图上。
(3)在难以确定物体的某些受力情况时,可先根据 (或确定)物体的运动状态,再运用平衡条件或牛顿运动定律来判定未知力。也就是说在分析物体受力时要时刻结合研究对象所处的运动状态,同时对不易确定的力。可结合牛顿第三定律来分析其反作用力是否存在以及方向如何等情况。
平衡状态:

物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。静止状态称为静平衡,匀速直线运动状态称为动平衡。
①对静止的理解静止与速度v=0不是一回事,物体保持静止状态,说明a=0,a=0,两者同时成立,若仅是v=0,a≠0,如上抛到最高点的物体,此时物体并不能保持静止,上抛到最高点的物体并非处于平衡状态。
②力学中,当物体缓慢移动时,往往认为物体处于平衡状态。
③“静止”与“匀速直线运动”看起来好像是两种不同的运动形式,但本质却相同,这是因为物体的初始运动状态不同,若初始状态物体是静止的,则物体会一直静止着;若初始状态是做匀速直线运动的,则物体必然会保持匀速直线运动的状态。

力的平衡:

作用在物体上的几个力的合力为零,这种情况叫做力的平衡。

平衡条件:

1.内容为了使物体保持平衡状态,作用在物体上的力必须满足的条件,即平衡条件。
2.共点力平衡条件物体在共点力作用下处于平衡状态的条件是所受合外力为零,即
相互作用力与一对平衡力的对比:



解决平衡问题的常用方法:

 1.合成法与分解法这两种方法常用在物体在三个力作用下处于平衡状态的问题:
合成法:将三个力中的任意两个力合成为一个力,则其合力与第三个力平衡,把三力平衡问题转化为二力平衡问题。
分解法:当物体受到三个共点力的作用处于平衡状态时,利用平行四边形对任意一个力沿另外两个力的作用线方向分解,则这两个分力分别与另外两个力等大反向。
无论是利用合成法还是利用分解法,都需要在作出平行四边形后再利用图中几何关系来解三角形,从而求出力的大小或方向,常用到的数学知识有:
(1)三角函数定义当出现直角三角形时,可利用三角函数的定义来求解力的大小或方向:

(2)正弦定理对于任意三角形,都有对边与对角的正弦比值相等,如图:


(3)相似三角形当力的三角形与图中的几何三角形相似时,仍有对应边成比例的关系。如在图所示的装置中,各力之间满足下列关系:
 

(4)菱形的性质当有两个力大小相等时,求这两个力的合力或将第三个力分解,就会得到一个菱形。而菱形的对角线相互垂直平分,而且平分一组对角。如在处理涉及滑轮或光滑挂钩的平衡问题时,将滑轮或光滑挂钩两侧绳上的拉力合成,运算过程就相对简便。
(5)余弦定理有时还需用到余弦定理,如在图中,有

2.矢量三角形法物体在三个力作用下处于平衡状态时,这三个力必可构成一封闭三角形。通过受力分析,画出物体受力示意图,将力平移后组成三角形。然后直接利用上面所述的数学知识解三角形。
3.正交分解法当物体受到多个共点力的作用处于平衡状态时,可以利用正交分解法建立坐标系,则有=0。通常根据平衡条件,应用正交分解法解题,在解决多个力平衡的问题时尤为方便。但是使用时应注意根据具体情况选择合适的坐标系,一般应遵循的原则为:不在坐标轴上的力越少越好,各力与坐标轴之间的夹角是特殊角为好。
4.整体法和隔离法以上几种方法的着眼点是物体受力情况,而整体法和隔离法是针对研究对象而言的,是解决连接体问题时需考虑的方法。
(1)整体法:它是把两个或两个以上的物体组成的系统作为一个整体来研究的一种分析方法,当只研究系统而不涉及系统内部的相互作用时一般可采用整体法。
(2)隔离法:它是将研究对象从周围物体(连接体)中隔离出来进行分析的方法。一般在研究系统内物体间相互作用时采用隔离法。

动态平衡问题的解决方法:

动态问题包括动态平衡问题的分析和动态非平衡问题的分析。
所谓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变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态中。
解动态平衡问题通常有两种方法:
1.图解法
对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析,依据某一参量的变化,在同一图中作出物体在若干状态下力的平衡图(力的三角形或平行四边形),再由动态力的平行四边形各边长度变化及角度变化确定力的大小及方向的变化情况。
图解法通常使用在三力作用下或可等效为三力作用下的动态平衡问题。
(1)三个力的方向都不变。如图所示,此种情况下任一力增大时,其余两力也增大,反之亦然。
 
(2)三个力中有一个力恒定,有一个力方向恒定。如图所示,此情况下可作出力的矢量三角形(或平行四边形),确定三角形中不变的边与方位不变的边,由线段长度及另一边的方位变化来确定力的大小、方向变化情况。

2.解析法
对物体进行受力分析后,利用平衡条件列出方程,解出所判断量的表达式,利用有关数学知识讨论表达式得出答案。从物体受力数量来说,解析法与图解法不同。解析法不仅可以用来解决三个力作用下的动态平衡问题,并且对多个力作用下的动态平衡问题用解析法更方便。从解析法需引入的变量来看,可以是某一角度(这通常需要在力的三角形巾有一个角是不变的),也可以是某一线段的长度(这种情况下通常题目中出现的几何三角形与力的三角形相似),这是在三力作用下物体处于动态平衡。若是多个力作用下的动态平衡,通常以某一角度为变量,利用正交分解来获得平衡方程,进而得到要分析的物理量的表达式。
3.动态平衡中的滑轮模型对于轻质光滑动滑轮及与之作用相当的光滑挂钩、光滑环等,具有如下特征:
(1)两侧绳中张力相同;
(2)两侧绳与竖直方向夹角相等;
(3)绳与竖直方向的夹角θ取决于绳的总长度l及两悬点问水平距离


平衡物体的临界与极值问题的解决方法:

1.临界与极值问题
(1)临界问题某种物理现象变化为另一种物理现象或物体从某种特性变化为另一种特性时,发生质的飞跃的转折状态为临界状态,临界状态也可理解为“恰好出现”或“恰好不出现”某种现象的状态。平衡物体的临界状态是指物体所处平衡状态将要变化的状态,是物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未被破坏的状态。涉及临界状态的问题叫临界问题。解决这类问题一定要注意 “恰好出现”或“恰好不出现”的条件。
(2)极值问题极值是指研究平衡问题中某物理量变化时出现的最大值或最小值。中学物理的极值问题可分为简单极值问题和条件极值问题,区分的依据就是是否受附加条件限制,如受附加条件限制,则为条件极值。
2.解决方法
(1)临界问题的解决方法解决临界问题的基本思维方法是假设推理法,即先假定物体处于某一状态,然后根据平衡条件及相关知识列方程求解,再根据求得的结果反过来推断物体在给定条件下应处的状态。
(2)极值问题的解决方法对于简单极值问题,可先对物体进行受力分析,然后由平衡条件列出方程,再明确题目中的物理量在什么条件下取极值,或在出现极值时有何物理特征,根据这些条件或特征去寻找极值。对于条件极值问题,有如下两种解决方法:
①解析法:根据物体的平衡条件列方程,在解方程时采用数学知识求极值。通常用到的数学知识有二次函数求极值,均值定理求极值,讨论分式求极值,三角函数求极值以及几何法求极值等。
②图解法:根据物体的平衡条件作出力的矢量图,如只受三个力时,则这三个力必构成封闭矢量三角形,然后根据矢量图进行动态分析,确定最大值和最小值,此法简便、直观。
作用力和反作用力:

力是物体对物体的作用,两个物体之间的作用总是相互的,任何物体是施力物体的同时也是受力物体,两个物体问相互作用的这一对力,叫做作用力和反作用力。
相互作用的一对力,可任选其中一个力称为作用力,则另一个力就是反作用力。即把相互作用的两个力哪个称为作用力或反作用力并不是绝对的,其中一个力叫作用力,另一个力就叫反作用力。
发现相似题
与“如图所示,一个表面光滑的小球放在一个“V”型槽中处于静止状态...”考查相似的试题有: