、临界与极值问题的常用方法
方法
步骤
解析法
①选某一状态对物体受力分析
②将物体受的力按实际效果分解或正交分解
③列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式
④根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况
图解法
①选某一状态对物体受力分析
②根据平衡条件画出平行四边形
③根据已知量的变化情况,画出平行四边形的边角变化
④确定未知量大小、方向的变化
根据题目要求,选取某物体(整体或局部)作为研究对象,在平衡问题中,研究对象常有三种情况:
(1)单个物体。若是有关共点力平衡的问题,可以将物体受到的各个力的作用点全部画到物体的几何中心上;否则各个力的作用点不能随便移动,应画在实际作用位置上。
(2)多个物体(系统)。在分析外力对系统的作用时,用整体法;在分析系统内各物体间的相互作用时,用隔离法,其关键是找物体之间的联系,相互作用力是它们相互联系的纽带。
(3)几个物体的结点。几根绳或绳和棒之间的结点常常是平衡问题的研究对象。
,并作出受力图
(1)确定物体受到哪些力的作用,不能添力,也不能漏力,受力分析通常按重力、弹力、摩擦力等力的顺序来分析。
(2)准确画出受力示意图,力的示意图关键是力的方向要确定,要培养准确画图的习惯。
——合成法或分解法
在解题中采用合成法还是分解法应视具体问题而定,通常利用正交分解法求解平衡问题。
(1)利用合成法分解问题时,其平衡方程为:F合=0。
(2)利用分解法特别是正交分解法分析平衡问题时,其平衡方程为:Fx=0,Fy=0。
(3)关于坐标轴的选取,一般选外力多的方向为坐标轴,使力的分解个数少,计算简化。
名师支招:
(1)物体受三个力平衡时,利用力的分解法或合成法比较简单。
(2)解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合,使需要分解的力最少。物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法。
要点二应用平衡条件解题的一般步骤
【例1】在粗糙水平面上放着一个三角形木块abc,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为m1和m2的两个物体,m1>m2,如图
3-3-1所示,若三角形木块和两物体都是静止的,则粗糙水平面对三角形木块( )
,摩擦力的方向水平向右
,摩擦力的方向水平向左
,但摩擦力的方向不能确定,因m1、m2、θ1、θ2的数值均未给出
热点一“整体法”和“隔离法”在共点力平衡问题中的应用
图3-3-1
D
【名师支招】灵活地选取研究对象可以使问题简化;对于都处于平衡状态的两个物体组成的系统,在不涉及内力时,优先考虑整体法。
【解析】解法一(隔离法):把三角形木块隔离出来,它在两个斜面上分别受到两木块对它的压力FN1、FN2,摩擦力f1、f2。由两木块的平衡条件知, 这四个力的大小分别为
FN1=m1gcosθ1
FN2=m2gcosθ2
f1=m1gsinθ1
f2=m2gsinθ2
它们的水平分力的大小(如图3-3-2所示)分别为
FN1x =FN1sinθ1=m1gcosθ1sinθ1
FN2x=FN2sinθ2=m2gcosθ2sinθ2
f1
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