動態平衡問題,顧名思義物體處於平衡狀態,但它又是動態變化的,這個變化一般是由力的變化引起的,在問題的描述中常用"緩慢"等語言敘述。
這種問題對應好多題型,每個題型又會對應不同的方法,今天我們就講最簡單的方法——解析法。
我們先看這個例題。
(2016·全國卷Ⅱ)質量為m的物體用輕繩AB懸掛於天花板上。用水平向左的力F緩慢拉動繩的中點O,如圖所示。用T表示繩OA段拉力的大小,在O點向左移動
的過程中 ( )
A.F逐漸變大,T逐漸變大
B.F逐漸變大,T逐漸變小
C.F逐漸變小,T逐漸變大
D.F逐漸變小,T逐漸變小
通過讀題我們發現,F緩慢拉動O點,這個"緩慢"就是這個題目的關鍵,有了他我們就知道結點O處於動態平衡。我要把結點O當做我的研究對象,對結點O進行受力分析,如下圖:
結點O受到重物的拉力Fʙ(一定要看清楚不是重力),AO繩的拉力Fᴀ,和使之緩慢移動的外力F。我們分析發現這三個力有這樣的特點:①其中一個力恆定(Fʙ),②有兩個力方向始終垂直(F、Fʙ)。兩個力始終垂直可以構建直角三角形,在直角三角形中可以用恆定的力表示出另外兩個變化的力。所以,我們把垂直的兩個力合成,在直角三角形中可以很容易的求出F和Fʙ。
F=Fʙtanθ
Fᴀ=Fʙ/cosθ
在力F緩慢拉動繩的中點O時,θ逐漸變大,利用三角函數的知識我們可以得到當θ變大時,tanθ增大、F變大,cosθ減小、Fᴀ變大。所以這道題的正確答案是A。
好,最後我們總結一下。
適合解析法求解的題目有如下特點:
①一個力恆定:一般為重力或由重力產生的拉力、壓力。
②兩個力垂直:始終垂直可以方便的在直角三角形中求解未知力。
具體可以求解按照以下四步進行:
①受力分析→②合成垂直的兩個力→③求解變化的兩個力→④根據三角函數判斷變化的兩個力。
話不多說,做個習題練習一下。
如圖所示,細繩一端與光滑小球連接,另一端系在豎直牆壁上的A點,在縮短細繩小球緩慢上移的過程中,細繩對小球的拉力F、牆壁對小球的彈力Fɴ的變化情況為 ( )
A.F、Fɴ都不變
B.F變大、Fɴ變小
C.F、Fɴ都變大
D.F變小、Fɴ變大
需要答案,請在評論中獲取。
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