高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章相互作用第5講動態(tài)平衡問題和平衡中的臨界極值問題課件.ppt

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第5講 動態(tài)平衡問題和平衡中的臨界極值問題,知識梳理 一、動態(tài)平衡問題 “動態(tài)平衡”是指物體所受的力一部分是變力,是動態(tài)力,力的大小或 方向要發(fā)生變化,但變化過程中的每一時刻的狀態(tài)均可視為平衡狀態(tài), 所以叫動態(tài)平衡,這是力平衡問題中的一類難題。 解動態(tài)平衡問題兩種常用的方法是① 解析法 和② 圖解法 。 二、平衡中的臨界極值問題 1.臨界狀態(tài):是從一種物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物理現(xiàn)象,或從一個物理過,程轉(zhuǎn)入另一個物理過程的轉(zhuǎn)折狀態(tài)。臨界狀態(tài)也可理解為“恰好出 現(xiàn)”和“恰好不出現(xiàn)”某種現(xiàn)象的狀態(tài)。 常見的臨界狀態(tài)有: (1)兩接觸物體脫離與不脫離的臨界條件是相互作用力為0(主要體現(xiàn)為 兩物體間的彈力為0); (2)繩子斷與不斷的臨界條件為作用力達(dá)到最大值; (3)存在摩擦力作用的兩物體間發(fā)生相對滑動或相對靜止的臨界條件為 靜摩擦力達(dá)到最大。,2.解答臨界問題的關(guān)鍵是找到臨界條件。,1.如圖所示,將重力為G的光滑小球用細(xì)繩拴在豎直墻壁上,當(dāng)把繩的長 度增長,則下列判斷正確的是 ( ) A.繩對球的拉力T和墻對球的彈力N均減小 B.繩對球的拉力T增大,墻對球的彈力N減小 C.繩對球的拉力T減小,墻對球的彈力N增大 D.繩對球的拉力T和墻對球的彈力N均增大,A,答案 A 小球受力情況如圖甲所示,設(shè)繩與墻夾角為θ。因小球處于 平衡狀態(tài),所以任意兩個力的合力均與第三個力大小相等、方向相反。 如圖乙所示,根據(jù)平行四邊形定則將力G與N合成,可知N=G tan θ,T=F= ,故當(dāng)繩變長時,θ減小,N、T均減小。A正確。,甲 乙,2.如圖所示,輕繩OA、OB一端分別固定于天花板上的A、B兩點(diǎn),輕繩 OC一端懸掛一重物。已知OA、OB、OC能承受的最大拉力分別為150 N、100 N、200 N。問懸掛的重物的重力不得超過多少?,答案 173.2 N,解析 設(shè)重物重力G較小,三繩所受拉力均沒有超過其所能承受的最大 拉力。分析結(jié)點(diǎn)O受力情況如圖所示。根據(jù)共點(diǎn)力平衡可得: FC=G ① FA= G ② FB= G ③ 考慮到FC≤200 N,FA≤150 N,FB≤100 N。由①~③式分別解得 G1≤200 N,G2≤173.2 N,G3≤200 N 所以應(yīng)有G≤173.2 N。,深化拓展,考點(diǎn)一 動態(tài)平衡問題,考點(diǎn)二 平衡中的臨界極值問題,深化拓展 考點(diǎn)一 動態(tài)平衡問題 所謂動態(tài)平衡問題,是指通過控制某些物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生 緩慢變化,而在這個過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài)。解決此 類問題的常用方法有解析法和圖解法。,A.水平力F逐漸增大 B.水平力F逐漸減小 C.繩OB的彈力逐漸減小 D.繩OB的彈力逐漸增大,1-1 (多選)如圖所示,物體A用輕質(zhì)細(xì)繩與圓環(huán)B連接,圓環(huán)固定在豎直 桿MN上?，F(xiàn)用一水平力F作用在繩上的O點(diǎn),將O點(diǎn)緩慢向左移動,使細(xì) 繩與豎直方向的夾角θ逐漸增大。關(guān)于此過程,下列說法中正確的是 ( ),AD,答案 AD 分析結(jié)點(diǎn)O的受力:豎直繩的拉力F1、沿OB方向繩的拉力 TB、水平拉力F,由物體平衡知,F=mg tan θ,TB= ,將O點(diǎn)緩慢向左移 動,使細(xì)繩與豎直方向的夾角θ逐漸增大,由三角函數(shù)關(guān)系知,tan θ 逐漸 增大,cos θ逐漸減小,所以F增大,繩OB的拉力增大,所以A、D選項(xiàng)正 確。,1-2 如圖所示,光滑小球用細(xì)繩系住,繩的另一端固定于O點(diǎn)。現(xiàn)用水 平力F緩慢地拉動斜面體,小球在斜面上滑動,細(xì)繩始終處于繃緊狀態(tài)。 小球從圖示位置開始到離開斜面前,斜面對小球的支持力FN以及繩對小 球拉力FT的變化情況是 ( ),A.FN保持不變,FT不斷減小 B.FN不斷減小,FT不斷增大 C.FN保持不變,FT先減小后增大 D.FN不斷減小,FT先減小后增大,D,答案 D 先對小球進(jìn)行受力分析,其受重力G、支持力FN和繩的拉力 FT,由圖可知,在斜面體向右移動的過程中,斜面對小球的支持力FN不斷 變小,繩的拉力FT先減小后增大,故D正確。A、B、C錯誤。,考點(diǎn)二 平衡中的臨界極值問題 一種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象的轉(zhuǎn)折狀態(tài)叫做臨界狀態(tài)。 平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處的平衡狀態(tài)將要被破壞而尚未被破 壞的狀態(tài)。解決平衡物體的臨界問題的關(guān)鍵是找到臨界條件。,A.必定是OA B.必定是OB C.必定是OC D.可能是OB,也可能是OC,2-1 三段不可伸長的細(xì)繩OA、OB、OC能承受的最大拉力相同,它們 共同懸掛一物體,如圖所示,其中OB是水平的,A端、B端固定。若逐漸 增加C端所掛物體的質(zhì)量,則最先斷的繩 ( ),A,答案 A 以結(jié)點(diǎn)O為研究對象,在繩子均不被拉斷時受力圖如圖,則知: FOAFOB,FOAFOC,即OA繩的拉力最大,而細(xì)繩OA、OB、OC能承受的最 大拉力相同,則當(dāng)物體質(zhì)量逐漸增加時,OA繩最先被拉斷,故選A。,2-2 如圖所示,質(zhì)量為m的物體放在水平地面上,物體與地面間的動摩 擦因數(shù)為μ。現(xiàn)施以與水平方向成α角且斜向上的拉力F,為使物體能沿 水平面做勻速運(yùn)動,當(dāng)α取何值時,力F最小?此最小值為多大?,答案 見解析 解析 物體受力如圖所示。將力F分解為水平分力F1和豎直分力F2,則有,F1=f, F2+N=G。 即F cos α=μN(yùn)'=μN(yùn)(N'為物體對地面的正壓力), F sin α+N=G。 所以F= , 為使F最小,可令sin β= ,則上式可化為,F= 。 當(dāng)α+β=90°,即α=90°-β=arctan μ時,F有最小值,此最小值為 。,