高中物理必修一共点力动态平衡问题研究
1、综述:研究共点力动态平衡就两种,图解法和相似三角形法。动态平衡问题最大特点是缓慢运动,当题目中出现“缓慢”字眼,就意味着运动到每个位置所受合力都为 0,就属于动态平衡问题的范围,下面我们就来研究两种重要的模型。
2、一、图解法
特点是物体缓慢运动的过程中,一个力的大小和方向都不变,另外一个力的方向不变,而另外一个力的大小和方向都在变化。
如下图所示,质量为 m 的球放在倾角为a的光滑斜面上,在斜面上有一光滑且不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态,今使挡板与斜面的夹角β缓 慢增大,在此过程中,斜面对球的支持力N1和挡板对球的压力N2变化情况为?
3、首先对物体进行受力分析,物体受重力、斜面的弹力、以及挡板的弹力。此问题情景中,重力的大小和方向都不变,斜面弹力的方向不变;挡板给的弹力方向和大小都在改变,符合图解法分类问题,通过作图可以进一步的分析,N1在不断的减小,N2是先减小在增大。
4、二、相似三角行法
特点是一个力的大小和方向不变,两外两个力的大小或方向都在改变。
如下图所示是一个简易起吊设施的示意图,AC 是质量不计的撑杆,A 端与竖直墙用铰链连接,一滑轮固定在 A 点正上方,C 端起吊一重物。现施加一 拉力 F 缓慢将重物 P 向上拉,在 AC 杆达到竖直前,BC绳中的拉力FT和AC杆中的支持力FN如何变化?
1、首先对C点进行受力分析,C点受重力、杆的弹力FN、绳子的拉力FT。其中重力的大小和方向不变,物体在运动的过程中杆的弹力、绳子的拉力都在发生变化,符合三角形法则,可以看到重力与AB边的比值;杆的弹力FN与AC边的比值;绳子的拉力FT与BC边的比值是相等的。因为AB、AC的长度不会改变,因此重力和杆的弹力FN大小不变,而运动的过程中BC的长度在减小,因此绳子的拉力FT在减小。