一、三角形法则
两个分矢量首尾相接,剩余的尾首相连的有向线段就是合矢量,它恰与两分矢量的线段构成一个三角形,这个方法称为三角形法则,它是平行四边形法则的简化。
通过力的平移组成三角形
左图受两个力,右图受三个力
二、力的封闭三角形法则使用须知
(1)使用封闭三角形法则求解平衡问题,其前提条件是:
①物体必须受力平衡或动态平衡
②物体必须仅受到三个力的作用
(2)受到四个力(或更多的力),也是能够用三角形法则来解题的,使用的方法是:
①恒力合并法
恒力合并之后仍然是恒力,类似等效重力,例如:静电力和重力合并成等效重力;晒衣服问题中重力和风力合并成等效重力等。
②滑动摩擦力和弹力合并(全反力法)
滑动摩擦力和弹力成正比,把滑动摩擦力和弹力合并后称为全反力,全反力是方向不变(方向取决于动摩擦因数μ),大小变化的一个半变力。
全反力方向固定,α为摩擦角
这样四个力的问题简化为三个力,也能够借助于三角形法则来求解。
(3)封闭三角形法在应用的时候,主要是来分析物体的某个力的大小变化、两个力方向夹角变化、求某个力的极值的问题,遇到类似的受力分析,要有意识地优先选择力的封闭三角形法则,有的用正交分解更方便。
(4)用三角形法则解题,要首先画出确定力(如重力),再画待定力,受到的力要首尾顺次连接起来。
三、应用典例
例:把一个力分解为两个力F₁和F₂,已知合力F=40 N,分力F₁与合力F的夹角为30°。若F₂取某一数值,可使F₁有两个大小不同的数值,则F₂的取值范围是?
例:如图所示,
将力F(大小已知)分解为两个分力F₁和F₂,F₂和F的夹角θ小于90°,则下列说法正确的是(BD)
A.当F₁>Fsinθ时,肯定有两组解
B.当F>F₁>Fsinθ时,肯定有两组解
C.当F₁<Fsinθ时,有唯一一组解
D.当F₁<Fsinθ时,无解
例:如图所示,
把球夹在竖直墙面AC和木板BC之间,不计摩擦,设球对墙的压力为FN₁,球对板的压力为FN₂,在将板BC逐渐放至水平的过程中,下列说法正确的是(B)
A.FN₁和FN₂都增大
B.FN₁和FN₂都减小
C.FN₁增大,FN₂减小
D.FN₁减小,FN₂增大
例:如图所示,
小球作细绳系住放在倾角为θ的光滑斜面上,当绳子从水平方向逐渐向上偏移时,细绳上的拉力将(D)
A、逐渐增大
B、逐渐减小
C、先增大,后减小
D、先减小,后增大
例:如图所示,
一根长为L的细绳一端固定在O点,另一端悬挂质量为m的小球A.为使细绳与竖直方向的夹角为30°绷紧,小球A处于静止状态,则需对小球施加的最小力等于mg/2。
例:如图所示,
AO、BO、CO三段绳子连接于O点,保持θ不变,将B点向上移,则BO绳的拉力将(C)
A.逐渐减小
B.逐渐增大
C.先减小后增大
D.先增大后减小
例:如图所示,
一个重为G的匀质球放在光滑斜面上,斜面倾角为α,在斜面上有一个光滑的不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态,今使板与斜面的夹角β缓慢增大,问:在此过程中,球对挡板和球对斜面的压力大小如何变化?
球对斜面的压力随β增大而减小;球对挡板的压力先减小后增大。
例:如图所示,
用绝缘轻质细线悬吊一质量为m、电荷为q的小球.在空间施加一匀强电场,当小球保持静止时,细线与竖直方向成θ角,则所加匀强电场的电场强度的最小值为mgsinθ/q。
例:如图所示,
质量为m的小球,用一细线悬挂在点O处,现用一大小恒定的外力F(F<mg)慢慢将小球拉起,在小球可能的平衡位置中,细线的最大偏角是多少?
arcsin(F/G)
例:如图所示,在《验证力的平行四边形定则》实验中,用A、B两只弹簧秤把橡皮条上的结点拉到某一位置O,这时两绳套AO、BO的夹角∠AOB小于90°,现保持弹簧秤A的示数不变而改变其拉力方向使α角减小,那么要使结点仍在位置O,就应调整弹簧秤B的拉力大小及β角,则下列调整方法中可行的是()
A.增大B的拉力,增大β角
B.增大B的拉力,β角不变
C.增大B的拉力,减小β角
D.B的拉力大小不变,增大β角
例:如图所示,
物体G用两根绳子悬挂,开始时绳0A水平,现将两绳同时顺时针缓慢转过90°,始终保持a角大小不变,且物体始终静止,设绳OA的拉力为T₁,绳OB的拉力为T₂,则在此旋转过程中()
A.T₁先减小后增大
B.T₂先增大后减小
C.T₂逐渐减小
D.T₂最终变为零
辅助圆法
例:已知质量为m、电荷为q的小球,在匀强电场中由静止释放后沿直线OP向斜下方运动(OP和竖直方向成θ角),那么所加匀强电场的场强E的最小值是多少?mgsinθ/q。
例:如图所示,小球在拉力F的作用下沿光滑球面缓慢地从A滑到球面的顶点B,在这一过程中,则球面对小球的弹力N和绳子的拉力T的变化情况如何?
☞此题用相似三角形更简便。
例:如图所示,
一个质量为1kg的物体放在粗糙的水平地面上,今用最小的拉力拉它,使之做匀速直线运动,已知这个最小拉力大小为6N,g=10m/s²,则物体与地面间的动摩擦因数μ,最小拉力与水平方向的夹角θ的取值各是多少?
例:如图所示,
若要使放置在倾角θ=15°的斜面上、质量为m的箱子沿斜面匀速上滑,求拉力F的最小值.已知箱子与斜面间的动摩擦因数μ=tan30°,重力加速度为g.
例:(动力态)如图所示,
物体静止于光滑水平面M上,力F作用于物体O点,现要使物体沿着OO′方向做匀加速运动(F和OO′都在M平面内),那么必须同时再加一个力F,这个力的最小值为(C)
A. Ftanθ
B. Fcosθ
C. Fsinθ
D. F/sinθ
【解析】虽然是动力态,但是仅受两个力作用,合力和两个分力构成封闭三角形。
例:如图所示,
晾晒衣服的绳子两端分别固定在两根竖直杆上的A、B两点,绳子的质量及绳与衣架挂钩间的摩擦均忽略不计,衣服处于静止状态,如果保持绳子A端、B端在杆上位置不变,将右侧杆平移到虚线位置,稳定后衣服仍处于静止状态,则(D)
A.B端移到B₁位置,且杆位置不变时,绳子张力不变
B.B端移到B₂位置,且杆位置不变时,绳子张力变小
CB端在杆上位置不动,将杆移动到虚线位置时,绳子张力变大
D.B端在杆上位置不动,将杆移动到虚线位置时,绳子张力变小
【解析】虽然结点受三个力作用,但绳子的两个拉力在变化,用封闭三角形法反而不方便,用正交分解可以轻易求解,参考晒衣服模型。
例:如图所示,
晾晒衣服的绳子两端分别固定在两根等高的竖直杆上,绳子的质量及绳与衣架挂钩间的摩擦均忽略不计。原来衣服竖直静止,一阵风吹来,衣服受到水平向右的恒力而发生滑动,并在新的位置保持静止。则相比原来,在新的位置时(C)
A.挂钩左右两边绳的拉力不再相等
B绳的拉力一定不变
C绳对挂钩作用力变大
D绳对挂钩作用力不变
虽然通过恒力合并之后成为三个力,但是绳子的两个拉力在变化,用封闭三角形法反而不方便,用正交分解可以轻易求解。
Copyright © 2024 妖气游戏网 www.17u1u.com All Rights Reserved