高考物理平衡方程題有很多,以下列舉幾個例子:
1. 輕繩一端系一質量為M的物體,放在傾角為θ的斜面上,另一端通過一光滑小孔用鉸鏈固定在O點,當物體處于平衡位置時,物體對斜面的壓力大小和繩對物體的拉力大小分別為多少?
2. 質量為m的物體,放在傾角為θ的光滑斜面上,物體下滑的加速度為a,若在物體上加一個垂直于斜面的外力F,使物體沿斜面以加速度a勻加速直線運動,則外力F應為多大?
3. 質量為M的斜面體放在粗糙的水平地面上,斜面體傾角為θ,質量為m的小物塊沿斜面下滑,已知小物塊與斜面體之間的動摩擦因數為μ,地面對斜面體的支持力和摩擦力各為多大?
4. 質量為m的物體放在傾角為θ的斜面上,物體恰能勻速下滑。若用沿斜面向上的拉力F將該物體拉到斜面頂部,拉力F至少多大?
以上問題中都涉及到物體的受力平衡方程,通過分析物體的受力情況,可以列出相應的平衡方程,從而求解問題。
題目:
有一個質量為 m 的小車,在水平面上以一定的速度 v 勻速運動。小車前方有一塊高度為 h 的木塊,小車在運動過程中突然受到一個大小為 F 的水平外力作用。假設小車不會撞上木塊,求小車與木塊之間的距離 s 的范圍。
分析:
在小車與木塊碰撞之前,小車受到重力、支持力和摩擦力的作用,這三個力平衡。當小車受到外力作用后,其運動狀態發生改變,但仍然要保持原來的速度 v 運動一段距離,直到受到木塊的阻力作用而停下來。在這個過程中,小車受到的摩擦力與小車對木塊的壓力和摩擦因數的乘積相等,即 f = μmgcosθ。
解答:
設小車與木塊之間的距離為 s,當小車在時間 t 內運動到距離為 s 的位置時,其速度為 v。根據動量守恒定律,有 mv = mv_0 + Ft
其中 v_0 是小車在受到外力作用前的速度。由于小車不會撞上木塊,所以有 s = vt - h/g
又因為 f = μmgcosθ,所以小車受到的摩擦力為 f = μ(mg - Fsinθ)
將上述三個式子代入 s = vt - h/g 中,得到 s = v(t - μg - μg/μsinθ) - h
當小車受到木塊的阻力作用后,其速度會逐漸減小到零。當小車的速度減小到零時,其距離 s_min = v_0 + h - Ft/μmgcosθ
因此,小車與木塊之間的距離 s 的范圍為 s_min ≤ s ≤ vt - h/g
其中 s_min 是小車在受到外力作用后能夠安全通過木塊的最小距離,而 vt - h/g 是小車在正常情況下能夠達到的最大距離。
總結:本題主要考查了動量守恒定律、牛頓第二定律以及摩擦力的應用。通過列出平衡方程和受力分析,我們可以得到小車與木塊之間的距離 s 的范圍。