高中物理微专题讲义:微专题06--共点力作用下的动态平衡问题(共17页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上微专题06 共点力作用下的动态平衡问题【核心要点提示】动态平衡问题:所谓动态平衡是指在预设情景中对物体受力大小和方向、空间位置等发生一系列缓慢变化,由于在变化过程“缓慢”,可以认为在变化过程中物体仍然受力平衡。【核心方法点拨】处理共点力作用下平衡的方法:(1)涉及三个力的动态平衡问题解决方法:动态图解法、相似三角形法,极个别情况需要运用数学正弦定理解决问题。(2)涉及四个及四个以上力的动态平衡问题一般采用解析法,通过寻找变化力的函数解析式,运用数学函数知识判断力的变化情况【微专题训练】【经典例题选讲】类型一:图解法解决动态平衡【例题1】(2016全国卷,14)质量为m
2、的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O,如图所示。用T表示绳OA段拉力的大小,在O点向左移动的过程中()AF逐渐变大,T逐渐变大BF逐渐变大,T逐渐变小CF逐渐变小,T逐渐变大DF逐渐变小,T逐渐变小【解析】对O点受力分析如图所示,F与T的变化情况如图,由图可知在O点向左移动的过程中,F逐渐变大,T逐渐变大,故选项A正确。【答案A】【变式1】如图所示,质量相同分布均匀的两个圆柱体a、b靠在一起,表面光滑,重力均为G,其中b的下一半刚好固定在水平面MN的下方,上边露出另一半,a静止在平面上现过a的轴心施以水平作用力F,可缓慢地将a拉离水平面且一直滑到b的顶端,对该过程
3、进行分析,应有()A拉力F先增大后减小,最大值是GB开始时拉力F最大为G,以后逐渐减小为0Ca、b间弹力由0逐渐增大,最大为GDa、b间的弹力开始时最大为2G,而后逐渐减小到G【解析】对圆柱体a受力分析可知,a受重力、b的弹力和拉力F三个力的作用,拉力F方向不变,始终沿水平方向,重力大小、方向均不变,b的弹力始终沿两轴心的连线,画出力的矢量三角形分析易得b的弹力N,拉力F,由于逐渐增大,所以b的弹力和拉力F均逐渐减小,开始时的最大值分别为2G和G,而后逐渐减小,至90时,最小值分别为G和0.故选项B、D正确【答案】BD类型二:运用正弦定理解决动态平衡问题【例题2】图所示,置于地面的矩形框架中用
4、两细绳拴住质量为m的小球,绳B水平。设绳A、B对球的拉力大小分别为F1 、F2,它们的合力大小为F。现将框架在竖直平面内绕左下端缓慢旋转90,在此过程中 ( ) AF1先增大后减小 BF2先增大后减小 CF先增大后减小 DF先减小后增大【答案】B【变式2】【2017新课标卷】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()。现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中AMN上的张力逐渐增大BMN上的张力先增大后减小COM上的张力逐渐增大DOM上的张力先增大后减小【答案】AD【解析】以
5、重物为研究对象,受重力mg,OM绳上拉力F2,MN上拉力F1,由题意知,三个力合力始终为零,矢量三角形如图所示,在F2转至水平的过程中,MN上的张力F1逐渐增大,OM上的张力F2先增大后减小,所以AD正确,BC错误。类型三:运用相似三角形法解决动态平衡问题【例题】如图所示,杆BC的B端用铰链固定在竖直墙上,另一端C为一滑轮重物G上系一绳经过滑轮固定于墙上A点处,杆恰好平衡若将绳的A端沿墙缓慢向下移(BC杆、滑轮、绳的质量及摩擦均不计),则()A绳的拉力增大,BC杆受绳的压力增大B绳的拉力不变,BC杆受绳的压力增大C绳的拉力不变,BC杆受绳的压力减小D绳的拉力不变,BC杆受绳的压力不变【解析】选
6、取绳子与滑轮的接触点为研究对象,对其受力分析,如图所示绳中的弹力大小相等,即FT1FT2G,C点处于三力平衡状态,将三个力的示意图平移可以组成闭合三角形,如图中虚线所示,设AC段绳子与竖直墙壁间的夹角为,则根据几何知识可知F2Gsin,当绳的A端沿墙缓慢向下移时,绳的拉力不变,增大,F也增大,根据牛顿第三定律知,BC杆受绳的压力增大,B正确【答案】B【变式】(多选)如图所示,固定在竖直平面内的半径为R的光滑圆环的最高点C处有一个光滑的小孔,一质量为m的小球套在圆环上,一根细线的一端拴着这个小球,细线的另一端穿过小孔C,手拉细线使小球从A处沿圆环向上移动在移动过程中手对细线的拉力F和轨道对小球的
7、弹力FN的大小变化情况是() A缓慢上移时,F减小,FN不变B缓慢上移时,F不变,FN减小C缓慢上移跟匀速圆周运动相比,在同一位置B点的拉力相同D缓慢上移跟匀速圆周运动相比,在同一位置B点的弹力相同【解析】小球在缓慢上移时可认为每一瞬间都受力平衡,分析小球受力,其受到重力、轨道给予的弹力和细线的拉力作用,作出力的矢量三角形(图略),无论小球运动到哪个位置,总有力的矢量三角形与几何三角形相似,可得弹力FNmg,而F的大小正比于小球与顶端小孔间的细线长,细线变短,F减小,A正确,B错误无论是缓慢上移还是做匀速圆周运动,在同一位置其在切线方向的合力为零,但在半径方向的合力大小与速度大小有关,故弹力的
8、大小与速度的大小有关,但细线的拉力相等,且F2mgsin ,C正确,D错误【答案】AC类型四:运用解析法解决动态平衡问题(通法)【例题】如图所示,3根轻绳悬挂着两个质量相同的小球并保持静止,绳AD与AC垂直现对B球施加一个水平向右的力F,使B缓慢移动到图中虚线位置,此过程中AD、AC两绳张力TAC、TAD的变化情况是()ATAC变大,TAD减小BTAC变大,TAD不变CTAC减小,TAD变大 DTAC不变,TAD变大解析:选C.以B为研究对象,受力分析如图甲所示将B缓缓拉到图中虚线位置的过程,绳子与竖直方向夹角变大,由B球受力平衡得TABcos mg,TABsin F,所以绳子AB的张力TAB
9、逐渐变大,F逐渐变大再以A、B整体为研究对象受力分析,如图乙所示,设AD绳与水平方向夹角为,AC绳与水平方向夹角为(90),并以AC、AD为坐标轴正方向,可得TAD2mgsin Fsin ,TAC2mgcos Fcos ,、不变,而F逐渐变大,故TAD逐渐变大,TAC逐渐减小,C正确【变式】(2016全国卷,19)(多选)如图,一光滑的轻滑轮用细绳OO悬挂于O点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。外力F向右上方拉b,整个系统处于静止状态。若F方向不变,大小在一定范围内变化,物块b仍始终保持静止,则()A绳OO的张力也在一定范围内变化B物块b所受到的支持力
10、也在一定范围内变化C连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化D物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化【解析】由于物体a、b均保持静止,各绳角度保持不变,对a受力分析得,绳的拉力Tmag,所以物体a受到绳的拉力保持不变。由滑轮性质,滑轮两侧绳的拉力相等,所以b受到绳的拉力大小、方向均保持不变,C选项错误;a、b受到绳的拉力大小、方向均不变,所以OO的张力不变,A选项错误;对b进行受力分析,如图所示。由平衡条件得:Tcos fFcos ,Fsin FNTsin mbg。其中T和mbg始终不变,当F大小在一定范围内变化时,支持力在一定范围内变化,B选项正确;摩擦力也在一定范围内发生变化,D选项正确。
11、【答案】BD【变式】在上海世博会最佳实践区,江苏城市案例馆中穹形门窗充满了浓郁的地域风情和人文特色如图所示,在竖直放置的穹形光滑支架上,一根不可伸长的轻绳通过光滑的轻质滑轮悬挂一重物G.现将轻绳的一端固定于支架上的A点,另一端从B点沿支架缓慢地向C点靠近(C点与A点等高)则绳中拉力大小变化的情况是()A先变小后变大 B先变小后不变C先变大后不变 D先变大后变小【答案】C类型五:由摩擦力方向不确定导致摩擦力变化的讨论【例题】如图所示,放在斜面上的物体处于静止状态,斜面倾角为30,物体质量为m,若想使物体沿斜面从静止开始下滑,至少需要施加平行斜面向下的推力F0.2mg,则()A若F变为大小0.1m
12、g,沿斜面向下的推力,则物体与斜面的摩擦力是0.1mgB若F变为大小0.1mg沿斜面向上的推力,则物体与斜面的摩擦力是0.2mgC若想使物体沿斜面从静止开始上滑,F至少应变为大小1.2mg沿斜面向上的推力D若F变为大小0.8mg沿斜面向上的推力,则物体与斜面的摩擦力是0.7mg【解析】由题意可知,物体和斜面间的最大静摩擦力Ff m0.7mg,故若物体上滑,其最小推力F0.5mg0.7mg1.2mg,C正确;若F0.8mg上推时,Ff0.8mg0.5mg0.3mg,D错误;当F0.1mg向下时,Ff0.5mg0.1mg0.6mg,A错;当F0.1mg向上时,Ff0.5mg0.1mg0.4mg,B
13、错【答案】C【变式】(2018杭州市五校联盟“一诊”)如图所示,质量为m的长方体物块放在水平放置的钢板C上,物块与钢板间的动摩擦因数为,由于光滑固定导槽A、B的控制,该物块只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度v1向右匀速运动,同时用水平力F拉动物块使其以速度v2(v2的方向与v1的方向垂直,沿y轴正方向)沿槽匀速运动,以下说法正确的是()A若拉力F的方向在第一象限,则其大小一定大于mgB若拉力F的方向在第二象限,则其大小可能小于mgC若拉力F的方向沿y轴正方向,则此时F有最小值,其值为mgD若拉力F的方向沿y轴正方向,则此时F有最小值,其值为mg解析:物块有相对于钢板水平向左的速度v1和沿导槽的
14、速度v2,故物块相对于钢板的速度如图所示,滑动摩擦力方向与相对运动方向相反,物块做匀速运动,所受导槽的作用力和拉力F的合力与滑动摩擦力大小相等、方向相反,由几何关系易知,F的方向沿y轴正方向时有最小值,即Ffcos mgcos mgmg,故B、D正确。【答案】BD【变式】(2015吉林一模)如图所示,在一绝缘斜面C上有一带正电的小物体A处于静止状态,现将一带正电的小球B沿以A为圆心的圆弧缓慢地从P点转至A正上方的Q点处,已知P、A在同一水平线上,且在此过程中物体A和C始终保持静止不动,A、B可视为质点关于此过程,下列说法正确的是()A物体A受到斜面的支持力先增大后减小B物体A受到斜面的支持力一
15、直增大C地面对斜面C的摩擦力先增大后减小D地面对斜面C的摩擦力逐渐减小【解析】以小物块A为研究对象,受力分析如图1所示,重力mg、斜面的支持力Nx、斜面给A的摩擦力fx(大小方向都变化)、沿BA方向的库仑力F,沿斜面和垂直斜面建立坐标系,物体受到斜面的支持力NxmgyFy,其中重力沿y方向的分力mgy不变,F沿y方向的分力Fy逐渐增大,当F与y轴重合时最大,再向重力方向转动过程中分力又开始减小,故A选项正确,B选项错误;以小物块和斜面体整体为研究对象,受力分析如图2所示,受到重力(Mm)g、地面的支持力ND、地面的摩擦力fD和沿BA方向的库仑力F,沿x方向有fD Fx,分解即得出地面对斜面C的
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- 高中物理 专题 讲义 06 力作 动态平衡 问题 17
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