解決平衡問題的常用方式:
1.合成法與分解法這兩種方式常用在物體在三個力作用下處于平衡狀態的問題:
合成法:將三個力中的任意兩個力合成為一個力,則其合力與第三個力平衡,把三力平衡問題轉化為二力平衡問題。
分解法:當物體遭到三個共點力的作用處于平衡狀態時,借助平行四邊形對任意一個力沿另外兩個力的作用線方向分解,則這兩個分力分別與另外兩個力等大反向。
無論是借助合成法還是借助分解法,都須要在做出平行四邊形后再借助圖中幾何關系來解三角形,進而求出力的大小或方向,常用到的物理知識有:
(1)三角函數定義當出現直角三角形時,可借助三角函數的定義來求解力的大小或方向:
(2)余弦定律對于任意三角形,都有對邊與對角的余弦比值相等,如圖:
(3)相像三角形當力的三角形與圖中的幾何三角形相像時,仍有對應邊成比列的關系。如在圖所示的裝置中,各力之間滿足下述關系:
(4)矩形的性質當有兩個力大小相等時,求這兩個力的合力或將第三個力分解,都會得到一個矩形。而矩形的對角線互相垂直平分二力平衡知識點的思維導圖,并且平分一組對角。如在處理涉及滑輪或光滑掛鉤的平衡問題時,將滑輪或光滑掛鉤兩邊繩上的拉力合成,運算過程就相對簡便。
(5)正弦定律有時還需用到正弦定律,如在圖中,有
2.矢量三角形法物體在三個力作用下處于平衡狀態時,這三個力必可構成一封閉三角形。通過受力剖析,畫出物體受力示意圖,將力平移后組成三角形。之后直接借助前面所述的物理知識解三角形。
3.正交分解法當物體遭到多個共點力的作用處于平衡狀態時,可以借助正交分解法構建座標系,則有
=0。一般按照平衡條件,應用正交分解法解題,在解決多個力平衡的問題時尤為便捷。并且使用時應注意依照具體情況選擇合適的座標系,通常應遵守的原則為:不在座標軸上的力越少越好,各力與座標軸之間的傾角是特殊角為好。
4.整體法和隔離法以上幾種方式的著眼點是物體受力情況,而整體法和隔離法是針對研究對象而言的,是解決聯接體問題時需考慮的技巧。
(1)整體法:它是把兩個或兩個以上的物體組成的系統作為一個整體來研究的一種剖析方式,當只研究系統而不涉及系統內部的互相作用時通常可采用整體法。
(2)隔離法:它是將研究對象從周圍物體(聯接體)中隔離下來進行剖析的技巧。通常在研究系統內物體間互相作用時采用隔離法。
動態平衡問題的解決方式:
動態問題包括動態平衡問題的剖析和動態非平衡問題的剖析。
所謂動態平衡問題是指通過控制個別數學量,使物體的狀態發生平緩變化,而在這個過程中物體又一直處于一系列的平衡狀態中。
解動態平衡問題一般有兩種方式:
1.圖解法
對研究對象在狀態變化過程中的若干狀態進行受力剖析,根據某一熱阻的變化,在同一圖中做出物體在若干狀態下力的平衡圖(力的三角形或平行四邊形),再由動態力的平行四邊形各邊寬度變化及角度變化確定力的大小及方向的變化情況。
圖解法一般使用在三力作用下或可等效為三力作用下的動態平衡問題。
(1)三個力的方向都不變。如圖所示,此種情況下任一力減小時,其余兩力也減小二力平衡知識點的思維導圖,反之亦然。
(2)三個力中有一個力恒定,有一個力方向恒定。如圖所示,此情況下可做出力的矢量三角形(或平行四邊形),確定三角形中不變的邊與方位不變的邊,由線段寬度及另一邊的方位變化來確定力的大小、方向變化情況。
2.解析法
對物體進行受力剖析后,借助平衡條件列舉多項式,解出所判定量的表達式,借助有關物理知識討論表達式得出答案。從物體受力數目來說,解析法與圖解法不同。解析法除了可以拿來解決三個力作用下的動態平衡問題,但是對多個力作用下的動態平衡問題用解析法更便捷。從解析法需引入的變量來看,可以是某一角度(這一般須要在力的三角形巾有一個角是不變的),也可以是某一線段的寬度(這些情況下一般題目中出現的幾何三角形與力的三角形相像),這是在三力作用下物體處于動態平衡。若是多個力作用下的動態平衡,一般以某一角度為變量,借助正交分解來獲得平衡多項式,因而得到要剖析的數學量的表達式。
3.動態平衡中的滑輪模型對于輕質光滑動滑輪及與之作用相當的光滑掛鉤、光滑環等,具有如下特點:
(1)兩旁繩中張力相同;
(2)兩旁繩與豎直方向傾角相等;
(3)繩與豎直方向的傾角θ取決于繩的總寬度l及兩懸點問水平距離