第2章 第5讲 “共点力的动态平衡”解题技能强化（课件PPT）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

第5讲　“共点力的动态平衡”解题技能强化 加强点(一)　解答动态平衡问题的三种常用方法 动态平衡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，在问题描述中常用“缓慢”等字眼。解决该类问题的总体思路是“化动为静，静中求动”。 方法1　解析法 对研究对象进行受力分析，先画出受力示意图，再根据物体的平衡条件，得到因变量与自变量的关系表达式(通常要用到三角函数)，最后根据自变量的变化确定因变量的变化。 [例1]　 (2023·汉中高三月考)某同学参加“筷子夹玻璃珠”游戏。 如图所示，夹起玻璃珠后，左侧筷子与竖直方向的夹角θ为锐角，右侧 筷子竖直，且两筷子始终在同一竖直平面内。保持玻璃珠静止不动，且 忽略筷子与玻璃珠间的摩擦。左侧筷子对玻璃珠的弹力为F1，右侧筷子对玻璃珠的弹力为F2。玻璃珠的重力为G，下列说法正确的是 (　 ) A．F1＜F2 B．F1＜G C．保持右侧筷子竖直，玻璃珠仍静止，左侧筷子与竖直方向的夹角θ略微减小，则F1减小 D．保持右侧筷子竖直，玻璃珠仍静止，左侧筷子与竖直方向的夹角θ略微减小，则F2增大 2 [答案]　D [例2]　(2022·河北高考)如图，用两根等长的细绳将一匀质圆 柱体悬挂在竖直木板的P点，将木板以底边MN为轴向后方缓慢转 动直至水平，绳与木板之间的夹角保持不变，忽略圆柱体与木板 之间的摩擦，在转动过程中 (　 ) A．圆柱体对木板的压力逐渐增大 B．圆柱体对木板的压力先增大后减小 C．两根细绳上的拉力均先增大后减小 D．两根细绳对圆柱体拉力的合力保持不变 [答案]　B 方法2　图解法 此法常用于求解三力平衡且有一个力是恒力、另有一个力方向不变的问题。一般按照以下流程解题： [例3]　 (多选)如图所示，墙角处放置一个光滑的小球A，用轻绳 一端拴着小球B靠在小球A上，轻绳的另外一端拴在墙壁上，两个小球 保持静止不动，此时两个小球之间的弹力和轻绳的拉力正好相互垂直， 现在通过调整轻绳缓慢移动小球B，调整后小球B和轻绳的位置如图中虚线所示，小球B未越过小球A的最高点，小球A始终保持静止，轻绳始终保持和原来绳方向平行，则 (　 ) A．两球之间的弹力变大，轻绳的拉力变小 B．两球之间的弹力不变，轻绳的拉力变小 C．地面对A球的支持力变大，A球对墙壁的压力变小 D．地面对A球的支持力不变，A球对墙壁的压力变小 [解析]　根据题意，缓慢移动小球B，轻绳始终保持和原来绳方向平行，轻绳对B球的拉力沿绳方向，B球的重力方向竖直向下，如图甲所示，根据平行四边形定则可知两球之间的弹力变大，轻绳的拉力变小，A正确，B错误；对小球A进行受力分析，如图乙所示，小球受到重力G、墙壁的支持力N1、地面的支持力N2、以及B对A的压力F，根据上述分析，B对A的压力在水平方向的分量减小，根据平衡条件，墙壁的支持力等于B的压力在水平方向的分量，墙壁的支持力减小，A球对墙壁的压力变小，A球重力和B的压力在竖直方向的分量的合力等于地面对A球的支持力，所以地面对A球的支持力增大，C正确，D错误。 [答案]　AC 方法3　相似三角形法 在三力平衡问题中，如果有一个力是恒力，另外两个力方向都变化，且题目给出了空间几何关系，多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似，可利用相似三角形对应边成比例进行计算。 [例4]　 如图所示，质量均可忽略的轻绳与轻杆承受弹力的最大 值一定，杆的A端用铰链固定，光滑轻小滑轮在A点正上方，B端吊一 重物G，现将绳的一端拴在杆的B端，用拉力F将B端缓慢上拉，在AB 杆达到竖直前(均未断)，关于绳子的拉力F和杆受的弹力FN的变化， 判断正确的是 (　 ) A．F变大 B．F变小 C．FN变大 D．FN变小 [答案]　B 加强点(二)　三法破解平衡中的临界和极值问题 临界问题是指当某物理量变化时，会引起其他几个物理量的变化，从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”，在问题的描述中常用“刚好”“刚能”“恰好”等语言叙述；极值问题是指在力的变化过程中的最大值和最小值问题。解决平衡中的临界极值问题通常有以下三种方法： 方法1　数学分析法 根据物体的平衡条件列方程，在解方程时利用数学知识求极值。通常用到的数学知识有二次函数求极值、讨论公式求极值、三角函数求极值以及几何法求极值等。 [例1]　 如图所示，质量为M的木楔倾角为θ，在水平面上保持 静止，当将一质量为m的木块放在木楔斜面上时，它正好匀速下滑。 如果用与木楔斜面成α角的力F拉着木块，木块能匀速上升，已知木 楔在整个过程中始终静止。 (1)当α为多大时，F有最小值，求此时α的大小及F的最小值； (2)当α＝θ时，木楔对水平面的摩擦力是多大？ [答案]　A 方法3　极限分析