共点力作用下物体的平衡

1.共点力的判别:同时作用在同一物体上的各个力的作用线交于一点就是共点力。这里要注意的是“同时作用”和“同一物体”两个条件,而“力的作用线交于一点”和“同一作用点”含义不同。当物体可视为质点时,作用在该物体上的外力均可视为共点力:力的作用线的交点既可以在物体内部,也可以在物体外部。

2.平衡状态:对质点是指静止状态或匀速直线运动状态,对转动的物体是指静止状态或匀速转动状态。

(1)二力平衡时,两个力必等大、反向、共线;

(2)三力平衡时,若是非平行力,则三力作用线必交于一点,三力的矢量图必为一闭合三角形;

(3)多个力共同作用处于平衡状态时,这些力在任一方向上的合力必为零;

(4)多个力作用平衡时,其中任一力必与其它力的合力是平衡力;

(5)若物体有加速度,则在垂直加速度的方向上的合力为零。

3.平衡力与作用力、反作用力

共同点:一对平衡力和一对作用力反作用力都是大小相等、方向相反,作用在一条直线上的两个力。

【注意】

①一个力可以没有平衡力,但一个力必有其反作用力。

②作用力和反作用力同时产生、同时消失;对于一对平衡力,其中一个力存在与否并不一定影响另一个力的存在。

4.正交分解法解平衡问题

正交分解法是解共点力平衡问题的基本方法,其优点是不受物体所受外力多少的限制。解题依据是根据平衡条件,将各力分解到相互垂直的两个方向上。

正交分解方向的确定:原则上可随意选取互相垂直的两个方向;但是,为解题方便通常的做法是:①使所选取的方向上有较多的力;②选取运动方向和与其相垂直的方向为正交分解的两个方向。在直线运动中,运动方向上可以根据牛顿运动定律列方程,与其相垂直的方向上受力平衡,可根据平衡条件列方程。③使未知的力特别是不需要的未知力落在所选取的方向上,从而可以方便快捷地求解。

解题步骤为:选取研究对象一受力分析一建立直角坐标系一找角、分解力一列方程一求解。

动态平衡问题分析

1.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变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态中.

2.图解分析法

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,在同一图中做出物体在若干状态下力的平衡图(力的平行四边形),再由动态力的四边形各边长度变化及角度变化确定力的大小及方向的变化情况.

动态平衡中各力的变化情况是一种常见类型.总结其特点有:合力大小和方向不变;一个分力的方向不变,分析另一个分力方向变化时两个分力大小的变化情况.用图解法具有简单、直观的优点.

互成角度的两个力的合成

1.实验目的

验证平行四边形定则

2.验证原理

如果两个互成角度的共点力 F。、F。作用于橡皮筋的结点上,与只用一个力 F’作用于橡皮筋的结点上,所产生的效果相同(橡皮条在相同方向上伸长相同的长度),那么,F’就是 F1 和 F2 的合力。根据平行四边形定则作出两共点力 F1 和 F2 的合力 F 的图示,应与 F’的图示等大同向。

3.实验器材

方木板一块;白纸;弹簧秤(两只);橡皮条;细绳套(两个);三角板;刻度尺;图钉(几个);细芯铅笔。

4.实验步骤

①用图钉把白纸钉在方木板上。

②把方木板平放在桌面上,用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。(固定点 A 在纸面外)

③用两只弹簧秤分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置o。(位置 0 须处于纸面以内)

④用铅笔描下结点 0 的位置和两条细绳套的方向,并记录弹簧秤的读数。

⑤从力的作用点(位置 o)沿着两条绳套的方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧秤的拉力 F,和F’的图示,并用平行四边形定则作出合力F的图示。

⑥只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 o,记下弹簧秤的读数和细绳的方向。用刻度尺从。点按同样标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力 F’的图示。

⑦比较力F’的图示与合力 F 的图示,看两者是否等长,同向。

⑧改变两个力 F1 和 F2的大小和夹角,再重复实验两次。