2011高考物理 知识点总结9 共点力作用下的物体的平衡

共点力作用下的物体的平衡共点力作用下的物体的平衡 一 共点力一 共点力 物体同时受几个力的作用 如果这几个力都作用于物体的同一点或者它们的作用线交于同一点 这几个力叫共点力 能简化成质点的物体受到的力可视为共点力 二 平衡状态二 平衡状态 物体保持保持静止或匀速运动状态 或有固定转轴的物体匀速转动 注意 这里的静止需要二个条件 一是物体受到的合外力为零 二是物体的速度为零 仅速度为零时物 体不一定处于静止状态 如物体做竖直上抛运动达到最高点时刻 物体速度为零 但物体不是处于静止 状态 因为物体受到的合外力不为零 共点力的平衡 如果物体受到共点力的作用 且处于平衡状态 就叫做共点力的平衡 共点力的平衡条件 为使物体保持平衡状态 作用在物体上的力必须满足的条件 叫做 两种平衡状态 静态平衡 v 0 a 0 动态平衡 v 0 a 0 瞬时速度为 0 时 不一定处于平衡状态 如 竖直上抛最高点 只有能保持静止状态而加速度也为零才 能认为平衡状态 物理学中的 缓慢移动 一般可理解为动态平衡 三 共点力作用下物体的平衡条件三 共点力作用下物体的平衡条件 1 物体受到的合外力为零 即 F合 0 其正交分解式为 F合 x 0 F合 y 0 2 某力与余下其它力的合力平衡 即等值 反向 二力平衡 这两个力大小相等 方向相反 作用在同一直线上 并作用于同一物体 要注意与一对作用力与反作用力的区别 三力平衡 三个力的作用线 或者反向延长线 必交于一个点 且三个力共面 称为汇交共面性 其力大小 符合组成三解形规律 三个力平移后构成一个首尾相接 封闭的矢量 形 任意两个力的合力与第三个力等大 反 向 即是相互平衡 推论 非平行的三个力作用于物体而平衡 则这三个力一定共点 几个共点力作用于物体而平衡 其中任意几个力的合力与剩余几个力 一个力 的合力一定等值 反向 三力汇交原理 当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时 这三个力必交于一点 说明 物体受到 N 个共点力作用而处于平衡状态时 取出其中的一个力 则这个力必与剩下的 N 1 个力的合 力等大反向 若采用正交分解法求平衡问题 则其平衡条件为 FX 合 0 FY 合 0 求解平衡问题的一般步骤 选对象 画受力图 建坐标 列方程 四 平衡的临界问题四 平衡的临界问题 由某种物理现象变化为另一种物理现象或由某种物理状态变化为另一种物理状态时 发生转折的状态叫 临界状态 临界状态可以理解为 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 是指物体所处的平衡状态将要发生变化的状态 往往利用 恰好出现 或 恰好不出现 的条件 五 平衡的极值问题五 平衡的极值问题 极值是指研究平衡问题中某物理量变化情况时出遭到的最大值或最小值 可分为简单极值问题和条件极 值问题 重难点突破重难点突破 一 平衡条件的运用方法 解决共点力作用下物体的平衡问题 实际上就是如何表达 合力为零 使之具体化的问题 根据物 体平衡时 受共点力多少的不同 可分为以下三种表达方式 1 物体受两个共点力作用而平衡 这两个力必等大反向且在同一直线上 选 F1方向为正 则合力为 零可表示为 F1 F2 0 2 物体受三个共点力作用而平衡 任意两个力的合力必定跟第三个力等大反向 合成法 3 当物体受三个以上共点力平衡时 多数情况下采用正交分解法 即将各力分解到 X 轴和 y 轴上 运用两坐标轴上的合力等于零的条件 FX 0 Fy 0 坐标系的建立应以少分解力 即让较多的力在坐标轴 上为原则 二 画矢量三角形解决动态平衡问题 另一种平衡是物体受的几个共点力是变化的 但物体总保持平衡即满足合力为零的条件 这种平衡也 叫动态平衡 解决这类平衡问题的方法是画出一系列为的矢量三角形 从三角形的边长变化就可定性确 定力的变化 三 平衡物体的临界与极值问题 1 临界问题 当某物理量变化时 会引起其他几个物理量的变化 从而使物体所处的平衡状态 恰好 出现 或 恰好不出现 在问题的描述中常用 刚好 刚能 恰好 等语言叙述 解决这类问题的基本方法是假设推理法 即先假设某种情况成立 然后再根据平衡条件及有关知识进 行论证 求解 2 极值问题 平衡物体的极值 一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题 解决这类问题的方法常用解析法 即根据物体的平衡条件列出方程 在解方程时 采用数学知识求极 值或者根据物理临界条件求极值 另外 图解法也是常用的一种方法 即根据物体的平衡条件作出力的 矢量图 画出平行四边形或者矢量三角形进行动态分析 确定最大值或最小值 规律方法规律方法 1 1 用平衡条件解题的常用方法 用平衡条件解题的常用方法 1 力的三角形法 物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时 这三个力的矢量箭头首尾相接 构成一个矢量三 角形 反之 若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形 则这三个力的合力必为零 利用三角形法 根据正弦定理 余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力 2 力的合成法 物体受三个力作用而平衡时 其中任意两个力的合力必跟第三个力等大反向 可利用力的平行四边 形定则 根据正弦定理 余弦定理或相似三角形等数学知识求解 3 正交分解法 将各个力分别分解到 X 轴上和 y 轴上 运用两坐标轴上的合力等于零的条件 多用于三个以上共点 力作用下的物体的平衡 值得注意的是 对 x y 方向选择时 尽可能使落在 x y 轴上的力多 被分解 的力尽可能是已知力 不宜分解待求力 说明 力的三角形法与正交分解法是解决共点力平衡问题的最常见的两种解法 前者适于三力平衡 问题 简捷 直观 后者适于多力平衡问题 是基本的解法 但有时有冗长的演算过程 因此要灵活地 选择解题方法 2 2 动态平衡问题的分析 图解法 动态平衡问题的分析 图解法 在有关物体平衡问题中 存在着大量的动态平衡问题 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的变化 而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态 解动态问题的关键 是抓住不变量 依据不变的量来确定其他量的变化规律 常用的分析方法有解析法和图解法 解析法的基本程序是 对研究对象的任一状态进行受力分析 建立平衡方程 求出应变物理量与自变物 理量的一般函数关系式 然后根据自变量的变化情况及变化区间确定应变物理量的变化情况 图解法的基本程序是 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 一般为某一角度 在同一图中作出物体在若干状态下的平衡力图 力的平行四边形或力的三角形 再由动态的力的平行四边形或三角形的边的长度变及角度变化确某些力的大小及方向的变化情况 3 3 三力汇交原理与三角形相似法 三力汇交原理与三角形相似法 物体在共面的三个力作用下处于平衡时 若三个力不平行 则三个力必共点 这就是三力汇交原理 1 1 解决临界问题的方法解决临界问题的方法 临界问题 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 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 在研究物体的平衡时 经常遇到求物理量的取值范围问题 这样涉及到平衡问题的临界问题 解决这