届二轮复习 动态平衡学案全国通用Word格式文档下载.docx
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A.F逐渐变大,T逐渐变大B.F逐渐变大,T逐渐变小
C.F逐渐变小,T逐渐变大D.F逐渐变小,T逐渐变小
【答案】A
例2..重G的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。
若挡板逆时针缓慢转到水平位置,在该过程中,斜面和挡板对小球的弹力的大小F1、F2各自变化情况
A.F1逐渐减小、F2逐渐增大 B.F1逐渐增大、F2逐渐减小
C.F1逐渐变小,F2先变小后变大 D.F1先变小后变大,F2逐渐变小
【答案】C
【解析】由于挡板是缓慢转动的,可以认为每个时刻小球都处于平衡状态,因此所受合力为零。
应用三角形定则,G、F1、F2三个矢量应组成封闭三角形,其中G的大小、方向始终保持不变;
F1的方向不变;
F2的起点在G的终点处,而终点必须在F1所在的直线上,由作图可知,挡板逆时针转动90°
过程,F2矢量也逆时针转动90°
,因此F1逐渐变小,F2先变小后变大.(当F2⊥F1,即挡板与斜面垂直时,F2最小)
(2)当三个力中有一个力恒定、有一个力大小不变时,所有情况下的矢量三角形中一个顶点位于以恒定力一个端点为圆心、以大小不变的力为半径的圆周上,作出此圆可进行判定。
例3.如图所示,表面光滑的半圆柱体固定在水平面上,小物块在拉力F作用下从B点沿圆弧缓慢上滑至A点,此过程中F始终沿圆弧的切线方向.则
A.小物块受的支持力逐渐变大 B.小物块受的支持力先变小后变大
C.拉力F逐渐变小 D.拉力F先变大后变小
【答案】AC
【解析】在缓慢拉动物体时物体所受合外力始终为零。
在物体所受三个力中,重力恒定,支持力与拉力始终垂直,作出平行四边形,则三力构成的三角形是以重力为直径的圆的内接三角形。
由图可以看出,AC正确。
(4)某些情况下物体受到三个以上的作用力时,可以通过先对部分力合成,使物体等效受力个数降为三个时再应用图解法,如可将滑动摩擦力与对应的支持力用其合力——全反力来代替
例5.水平地面上有一木箱,木箱与地面之间的动摩擦因数为。
现对木箱施加一拉力F,使木箱做匀速直线运动。
设F的方向与水平面夹角为,如图,在从0逐渐增大到90°
的过程中,木箱的速度保持不变,则
A.F先减小后增大B.F一直增大
C.F的功率减小D.F的功率不变
【答案】AC
解法二:
分析物体受力如图所示,其中摩擦力与支持力的合力R方向与竖直方向间夹角恒定,可认为物体在三个力作用下匀速运动,由图解法可以看出,当F与R垂直即时F最小,即当从0逐渐增大到90°
的过程中,F先减小后增大,A正确B错误。
其它同解法一。
2.解析式法
(1)当物体受到三个力的作用而平衡,在作出的平行四边形后所得的三角形中有一个夹角不变,则可将另外一个角作为变量,得到各力的表达式,进而判定力的变化。
(2)当物体受到三个力的作用而平衡,在几何三角形中有两个边不变,则可将另外一个边作为变量,由相似三角形性质得到各力的表达式,进而判定力的变化。
例6.一轻杆BO,其O端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO上,B端挂一重物,且系一细绳,细绳跨过杆顶A处的光滑小滑轮,用力F拉住,如图所示。
现将细绳缓慢往左拉,使杆BO与杆AO间的夹角θ逐渐减少,则在此过程中,拉力F及杆BO所受压力FN的大小变化情况是
A.FN先减小,后增大B.FN始终不变
C.F先减小,后增大D.F始终不变
【答案】B
【解析】取BO杆的B端为研究对象,受到绳子拉力(大小为F)、BO杆的支持力FN和悬挂重物的绳子的拉力(大小为G)的作用,将FN与G合成,其合力与F等值反向,如图所示,将三个力矢量构成封闭的三角形(如图中画斜线部分),力的三角形与几何三角形OBA相似,利用相似三角形对应边成比例可得:
(如图所示,设AO高为H,BO长为L,绳长l,),式中G、H、L均不变,l逐渐变小,所以可知FN不变,F逐渐变小。
B正确。
(3)当物体在三个以上的力作用下处于平衡时,通常需用解析式法。
此时需分清表达式中的变量与常量以及变量的取值范围。
6.光滑滑轮、挂钩、环
(1)两侧绳上拉力大小相等、方向与竖直方向夹角相同;
(2)绳与竖直方向夹角θ取决于绳的总长l与两悬点间的水平距离d:
例11.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、先变大后不变C、先变小后不变D、先变大后变小
【答案】B
7.平衡中的极值问题
解决极值问题可利用动态平衡的分析过程,三力作用下的平衡可用图解法、多力作用下的平衡中可利用解析式确定极值及其出现的条件
例12.如图所示,三根长度均为l的轻绳分别连接于C、D两点,A、B两端被悬挂在水平天花板上,相距2l.现在C点上悬挂一个质量为m的重物,为使CD绳保持水平,在D点上可施加力的最小值为
A.mgB.mgC.mgD.mg
【答案】C
【解析】由题意可知AC、BD两绳与水平方向的夹角皆为600,分析C点受力如图,由平衡条件可得CD绳上的张力为。
再分析D点受力,因CD绳上拉力大小、方向恒定,BD绳上拉力方向恒定,由图解法可知当在D点施加的拉力与BD绳垂直时最小,由图中几何关系可得,故C正确。
【题型对练】
1.半圆柱体P放在粗糙的水平地面上,其右端有固定放置的竖直挡板MN.在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q,整个装置处于静止状态.如图所示是这个装置的纵截面图.若用外力使MN保持竖直地缓慢向右移动,在Q落到地面以前,发现P始终保持静止.在此过程中,下列说法中正确的是
A.Q受到MN的弹力逐渐减小
B.Q受到P的弹力逐渐减小
C.Q受到MN和P的弹力之和保持不变
D.P受到地面的支持力和摩擦力均保持不变
【解析】小圆柱Q受到重力、MN的弹力N与P的弹力Np三个力的作用,在板MN缓慢移动过程中N的方向不变,Np的方向逐渐趋于水平。
由于缓慢移动,任一时刻三力的合力为零,N与Np 的合力始终等于Q的重力不变,C正确;
再由三角形定则作出图示图形,由图可知现两弹力皆逐渐增大,A、B错误。
将PQ作为一个整体,竖直方向上只有地面支持力与整体重力,故支持力不变;
水平方向上只有摩擦力与MN板的弹力N,二者始终相等,则可知摩擦力应逐渐增大,D错误。
2.如图所示,滑轮A、B是轻质滑轮,一条轻绳一端系于O点,另一端通过轻滑轮B悬吊重物G,再利用一轻滑轮A用水平力F通过轻绳拉住滑轮B。
初始状态轻绳OB段水平,现使滑轮B缓慢上升,则
A.拉力F增大B.拉力F减小C.角增大D.角减小
【答案】AD
【解析】分析轻滑轮受力,由于OB绳对滑轮拉力T始终与重物重力相等保持不变,故以B为圆心、以拉力T为半径作圆,如图所示。
当滑轮B缓慢上升时,拉力T的方向向下转动,则可以看出,拉力F增大、角减小,AD正确
3.如图所示,物体G用两根绳子悬挂,开始时绳OA水平,现将两绳同时顺时针转过90°
,且保持两绳之间的夹角α不变,物体保持静止状态,在旋转过程中,设绳OA的拉力为F1,绳OB的拉力为F2,则
(A)F1先减小后增大 (B)F1先增大后减小
(C)F2逐渐减小 (D)F2最终变为零
【答案】A
【解析】取绳子结点O为研究对象,受到三根绳的拉力,如图所示分别为Fa、Fb、重物通过绳的拉力大小为G,将三力构成如图中实线所示的矢量三角形CDE,在旋转过程中满足G大小、方向不变.由于绳oa与ob之间的夹角不变,可知角∠CDE不变,由于角∠DCE为直角,则三力的几何关系图中D点处于以DE边为直径的圆周上,画出动态矢量三角形如图中一系列虚线表示的三角形。
由此可知,Fa先增大后减小,Fb随始终减小,且转过90°
时,Fb恰好好为零,A正确.
4.如图所示,固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔。
质量为m的小球套在圆环上。
一根细线的下端系着小球,上端穿过小孔用手拉住。
现拉动细线,使小球沿圆环缓慢上移。
在移动过程中手对线的拉力F和轨道对小球的弹力N的大小变化情况是
A.F不变,N增大B.F不变,N减小
C.F减小,N不变D.F增大,N减小
5.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
【答案】BD
【解析】由物块B始终保持静止可知物块A也始终保持静止、滑轮两侧绳子夹角也不变,故连接物块a和b的绳的张力始终等于物块a的重力不变、方向不变,则滑轮两侧绳对轻滑轮拉力的合力不变、绳OO’中张力了不变,A、C皆错误。
分析b物块受力如图所示,由平衡条件有、,由于、、皆恒定不变,故F的大小在一定范围内变化时,、也一定随F在一定范围内变化,B、D均正确。
6.如图所示,两块相互垂直的光滑挡板OP、OQ,OP竖直放置,小球a、b固定在轻弹簧的两端.水平力F作用于b时,a、b紧靠挡板处于静止状态.现保证b球不动,使挡板OP向右缓慢平移一小段距离,则
A.弹簧变长B.弹簧变短
C.力F变大D.b对地面的压力变大
【解析】ab受力如图所示,a处于平衡状态,当OP向右平移后a再次平衡时,受到的支持力Na和弹簧弹力F都减小,故弹簧压缩量减小、长度变长,A正确B错误。
对a、b两球整体分析,平衡时由f=Na,Nb=Ga+Gb,b球受到向左水平力减小,b对地面的压力等于两球重力之和保持不变,C、D错误。
7.如图所示,长度相同且恒定和光滑圆柱体A、B质量分别为m1、m2,半径分别为r1、r2。
A放在物块P与竖直墙壁之间,B放在A与墙壁之间,A、B处于平衡状态,且在下列变化中物块P的位置不变,系统仍平衡。
则
A.若保持B的半径r2不变,而将B改用密度稍大的材料制作,则物块P受到地面的静摩擦力增大
B.若保持A的质量m1不变,而将A改用密度稍小的材料制作,则物块P对地面的压力增大
C.若保持A的质量m1不变,而将A改用密度稍小的材料制作,则B对墙壁的压力减小
D.若保持B的质量m2不变,而将B改用密度稍小的材料制作,则A对墙壁的压力减小
8.如图所示,一小球用轻绳悬于◦点,用力F拉住小球,使悬线保持偏离竖直方向75°
角,且小球始终处于平衡状态,为了使F有最小值,F与竖直方向的夹角应该是
A.90°
B.15°
C.45°
D.0°
【解析】分析小球受力,建立一坐标轴在轻绳所在直线的正交坐标系,将重力mg、拉力F正交分解,利用平衡条件可得,即,可见当时拉力F最小,B
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