許培喜
縱觀近年高考題發(fā)現(xiàn),受力分析和共點(diǎn)力平衡是??碱}型。下面結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)總結(jié)這類題的解題步驟和方法。
一、確定研究對(duì)象
當(dāng)我們拿到題目時(shí),首先確定是哪類題,如運(yùn)動(dòng)學(xué)題、力學(xué)題、能量計(jì)算題等。如果是力學(xué)平衡題,就需要立即準(zhǔn)確找到研究對(duì)象。研究對(duì)象一般有兩種:一是整體,二是隔離。對(duì)于系統(tǒng)是兩個(gè)或兩個(gè)以上物體組成,系統(tǒng)內(nèi)各物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同(各物體加速度相同)且求系統(tǒng)的外力,我們一般選擇整體法。也就是把各物體打包成一個(gè)物體來(lái)處理。
例如,如圖1,將質(zhì)量為m1和m2的物體分置于質(zhì)量為M的物體兩側(cè),均處于靜止?fàn)顟B(tài),m1>m2,α<β。求水平地面對(duì)M的摩擦力。分析:首先我們確定這是一道力學(xué)題,系統(tǒng)中三個(gè)物體,狀態(tài)相同(三個(gè)加速度都等于零),而且求水平面給M的摩擦力,地面屬于系統(tǒng)外的物體。由整體為研究對(duì)象,根據(jù)平衡條件可知,地面給M的摩擦力為零。
二、受力分析
所謂受力分析,就是把指定物體(研究對(duì)象)在特定物理情景中所受的所有外力找出來(lái),并畫出受力圖,這就是受力分析。受力分析的一般順序:按照各種性質(zhì)力產(chǎn)生條件“苛刻”程度去找,即重力(有質(zhì)量就有)→彈力(接觸、擠壓)→摩擦力(接觸、擠壓、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))→其他力等,并畫出受力示意圖。在受力分析的過(guò)程中,要邊分析判斷邊畫受力圖。(注意:只畫性質(zhì)力,不能畫效果力)。受力分析后,檢查畫出的每一個(gè)力能否找出它的施力物體,檢查分析結(jié)果能否使研究對(duì)象處于題目所給運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
三、平衡處理
1。平衡狀態(tài)
平衡狀態(tài)指物體處于禁止、勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或緩慢移動(dòng)狀態(tài)。其中我們把物體處于禁止和勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為靜態(tài)平衡。物體緩慢移動(dòng)稱為動(dòng)態(tài)平衡。
2。平衡條件
處于平衡態(tài)的物體或系統(tǒng),它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不改變的,即△v=0,亦即a=0。根據(jù)牛頓第二定律可知,F(xiàn)合=0,或Fx=0和Fy=0。判斷物體或系統(tǒng)是否平衡,我們的依據(jù)是物體或系統(tǒng)所受合外力為零。處于平衡態(tài)的物體合力都為零。
3。平衡問(wèn)題求解方法
兩個(gè)力平衡,我們直接列二力平衡方程。三個(gè)力平衡,我們一般采用“合成法”。因?yàn)槲矬w如果在三個(gè)力作用下平衡,一定有任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大反向。這樣,我們就可以把這三個(gè)力“轉(zhuǎn)化”到一個(gè)“力學(xué)三角形”中。接下來(lái),就是解力學(xué)三角形。
(1)如果是靜態(tài)平衡,我們就直接解這個(gè)三角形??梢杂谜⒂嘞叶ɡ?、勾股定理等解題。
(2)如果是動(dòng)態(tài)平衡。我們根據(jù)三角形特點(diǎn),可分為圖解法和相似三角形法。
①如果在三個(gè)邊中有兩個(gè)邊方向不變,有一個(gè)邊大小和方向都變,(也就是有一個(gè)力是恒力,大小、方向都不變。有個(gè)力方向不變、大小在變。還有個(gè)力大小方向都變)我們用圖解法解三角形。
圖解法應(yīng)用:如圖2,小球用細(xì)繩系住放在傾角θ為的光滑斜面上,當(dāng)細(xì)繩由水平方向逐漸向上偏移時(shí),球?qū)π泵娴膲毫ⅲ?)。
A。逐漸增大
B。逐漸減小
C。先增大后減小
D。先減小后增大
分析:小球始終靜止在斜面上,以小球?yàn)閷?duì)象,受重力mg、繩對(duì)球的拉力F和斜面對(duì)小球的支持力FN三個(gè)力。三力使小球處于平衡狀態(tài),三力個(gè)力合力為零,能組成一個(gè)矢量三角形。在此三角形中,mg大小和方向不變,F(xiàn)N方向不變,F(xiàn)大小方向都變,可以采用圖解法。在細(xì)繩由水平方向逐漸向上偏移的過(guò)程中,矢量三角形的變化情況如圖2,由圖2可知:F先減小后增大,F(xiàn)N逐漸減小。所以D正確。
②如果三角形中有一個(gè)邊大小方向都不變,另外兩個(gè)邊大小方向都在變,此時(shí)一般采用相似三角形法求解。即在實(shí)際環(huán)境中找個(gè)幾何三角形與受力分析圖中所畫力學(xué)三角形相似,利用相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例求解。
總之,平衡問(wèn)題很復(fù)雜,很難,種類很多。 本文只是對(duì)高考中力學(xué)平衡常見問(wèn)題處理方法進(jìn)行歸納與總結(jié),望對(duì)您有益。