3.共点力平衡的几种常用解法:

(1)力的合成与分解法

(2)正交分解法

(3)相似三角形法

(4)三力汇交原理

类型一整体法和隔离法的应用

[例1]三根不可伸长的相同的轻绳,一端系在半径为r0的环1上,彼此间距相等,绳穿过半径为r0的第3个圆环,另一端用同样方式系在半径为2r0的圆环2(如图)环1固定在水平面上,整个系统处于平衡。试求第2个环中心与第3个环中心之距离。(三个环都是用同种金属丝制作的,摩擦不计)

导示:由于对称性,每根绳子上的张力大小相等,设为T。设1、3两环的质量为m,则2环的质量为2m。

对2、3两环整体有:2mg+mg=3T;

对环2有:2mg=3Tsinθ

解得:

所以,2、 3两环中心距离d=

[例2](山西省实验中学08届高三第二次月考试题)一个底面粗糙,质量为m的劈放在水平面上,劈的斜面光滑且倾角为30o,如图所示。现用一端固定的轻绳系一质量也为m的小球,绳与斜面夹角为30o

(1)当劈静止时绳子的张力及小球对斜面的压力各为多大?

(2)若地面对劈的最大静摩擦力等于地面对劈的支持力的K倍,为使整个系统静止,K值必须满足什么条件?

导示:(1)对小球受力分析如图甲所示:

根据根据平衡条件得:

解得:; 

(2)对小球和斜面系统受力分析如图乙所示,根据根据平衡条件得有:

由摩擦力公式得:

系统处于静止,则

   所以,

类型二空间力的分析

对于空间力,我们可以从不同角度观察物体受力情况,把空间力转化为平面力进行处理。

[例3]如图所示,长方形斜面倾角为37°,其长为0.8m,宽为0.6m,一重为25N的木块原先在斜面上部,它与斜面间的动摩擦因数μ=0.6,要使木块沿对角线AC方向匀速下滑,需对它施以平行于斜面多大的力F?(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8)

导示:从垂直斜面方向看,木块在斜面平面内的受力情况如图所示,F只有垂直AC时木块才能受力平衡,

所以,F=(mgsin37°)·sin37°=9N。

类型三规律探究题分析

[例4].当物体从高空下落时,所受阻力会随物体的速度增大而增大,因此经过下落一段距离后将匀速下落,这个速度称为此物体下落的收尾速度。研究发现,在相同环境条件下,球形物体的收尾速度仅与球的半径和质量有关.下表是某次研究的实验数据:

小球编号
A
B
C
D
E
小球的半径(×10-3m)
0.5
0.5
1.5
2
2.5
小球的质量(×10-6kg)
2
5
45
40
100
小球的收尾速度(m/s)
16
40
40
20
32

(1)根据表中的数据,求出B球与C球在达到终极速度时所受阻力之比.

(2)根据表中的数据,归纳出球型物体所受阻力f与球的速度大小及球的半径的关系(写出有关表达式、并求出比例系数).

(3)现将C号和D号小球用轻质细线连接,若它们在下落时所受阻力与单独下落时的规律相同.让它们同时从足够高的同一高度下落,试求出它们的收尾速度;并判断它们落地的顺序(不需要写出判断理由).

导示:(1)球在达到终极速度时为平衡状态,有:

f mg           ①

fBfC mB mC      ②

带入数据得fBfC=1:9   ③

(2)由表中A、B球的有关数据可得,阻力与速度成正比;即        ④

由表中B、C球有关数据可得,阻力与球的半径的平方成正比,即   ⑤

         ⑥

k=4.9Ns/m3 (或k=5Ns/m3)  ⑦

(3)将C号和D号小球用细线连接后,其收尾速度应满足mCg+mDgfC +fD   ⑧

mCg+mDgkv(rC2+rD2)      ⑨

代入数据得 v=27.2m/s     ⑩

比较C号和D号小球的质量和半径,可判断C球先落地。

 0  402875  402883  402889  402893  402899  402901  402905  402911  402913  402919  402925  402929  402931  402935  402941  402943  402949  402953  402955  402959  402961  402965  402967  402969  402970  402971  402973  402974  402975  402977  402979  402983  402985  402989  402991  402995  403001  403003  403009  403013  403015  403019  403025  403031  403033  403039  403043  403045  403051  403055  403061  403069  447090 

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