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共点力作用下物体的平衡题共点力作用下物体的平衡习题
龙文教育 教师1对1 高中物理教研 许建军
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§3 共点力作用下物体的平衡
一、物体的平衡
物体的平衡有两种情况:一是质点静止或做匀速直线运动,物体的加速度为零;二是物体不转动或匀速转动(此时的物体不能看作质点)。
点评:对于共点力作用下物体的平衡,不要认为只有静止才是平衡状态,匀速直线运动也是物体的平衡状态.因此,静止的物体一定平衡,但平衡的物体不一定静止.还需注意,不要把速度为零和静止状态相混淆,静止状态是物体在一段时间内保持速度为零不变,其加速度为零,而物体速度为零可能是物体静止,也可能是物体做变速运动中的一个状态,加速度不为零。由此可见,静止的物体速度一定为零,但速度为零的物体不一定静止.因此,静止的物体一定处于平衡状态,但速度为零的物体不一定处于静止状态。总之,共点力作用下的物体只要物体的加速度为零,它一定处于平衡状态,只要物体的加速度不为零,它一定处于非平衡状态
二、共点力作用下物体的平衡
1.共点力:几个力作用于物体的同一点,或它们的作用线交于同一点(该点不一定在物体上),这几个力叫共点力。
2.共点力的平衡:在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即F合=0或Fx合=0,Fy合=0
3.判定定理:物体在三个互不平行的力的作用下处于平衡,则这三个力必为共点力。(表示这三个力的矢量首尾相接,恰能组成一个封闭三角形)
4.解题方法
当物体在两个共点力作用下平衡时,这两个力一定等值反向;当物体在三个共点力作用下平衡时,往往采用平行四边形定则或三角形定则;当物体在四个或四个以上共点力作用下平衡时,往往采用正交分解法。
【例1】(1)下列哪组力作用在物体上,有可能使物体处于平衡状态
A.3N,4N,8N B.3N,5N,1N C.4N,7N,8N D.7N,9N,6N
(2)用手施水平力将物体压在竖直墙壁上,在物体始终保持静止的情况下
A.压力加大,物体受的静摩擦力也加大 B.压力减小,物体受的静摩擦力也减小
C.物体所受静摩擦力为定值,与压力大小无关
D.不论物体的压力改变与否,它受到的静摩擦力总等于重力
(3)如下图所示,木块在水平桌面上,受水平力F1 =10N,F2 =3N而静止,当撤去F1后,木块仍静止,则此时木块受的合力为
A.0 B.水平向右,3N C.水平向左,7N D.水平向右,7N
解析:(1)CD 在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即F合=0。只有CD两个选项中的三个力合力为零。
(2)CD物体始终保持静止,即是指物体一直处于平衡状态,则据共点力作用下物体的平衡条件有
对物体受力分析,如下图
可得F = FN ,Ff = G
(3)A 撤去F1后,木块仍静止,则此时木块仍处于平衡状态,故木块受的合力为0.
【例2】氢气球重10 N,空气对它的浮力为16 N,用绳拴住,由于受水平风力作用,绳子与竖直方向成30°角,则绳子的拉力大小是__________,水平风力的大小是________.
解析:气球受到四个力的作用:重力G、浮力F1、水平风力F2和绳的拉力F3,如图所示由平衡条件可得
F1=G+F3cos30°
F2=F3sin30°
解得 F3=N F1=2N
答案:4N 2N
三、综合应用举例
1.静平衡问题的分析方法
【例3】(2003年理综)如图甲所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m1和m2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为α=60°。两小球的质量比为
A. B. C. D.
点评:此题设计巧妙,考查分析综合能力和运用数学处理物理问题的能力,要求考生对于给出的具体事例,选择小球m1为对象,分析它处于平衡状态,再用几何图形处理问题,从而得出结论。
解析:小球受重力m1g、绳拉力F2=m2g和支持力F1的作用而平衡。如图乙所示,由平衡条件得,F1= F2,,得。故选项A正确。
2.动态平衡类问题的分析方法
G
F2
F1
【例4】 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各如何变化?
F1
F2
G
解:由于挡板是缓慢转动的,可以认为每个时刻小球都处于静止状态,因此所受合力为零。应用三角形定则,G、F1、F2
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