动态平衡分析
动态平衡问题(含解析)
动态平衡问题 类型一 动态平衡问题1.动态平衡是指物体的受力状态缓慢发生变化,但在变化过程中,每一个状态均可视为平衡状态.2.常用方法 (1)解析法对研究对象进行受力分析,画出受力示意图,根据物体的平衡条件列方程,得到因变量与自变量的函数表达式(通常为三角函数关系),最后根据自变量的变化确定因变量的变化. (2)图解法此法常用于求解三力平衡问题中,已知一个力是恒力、另一个力方向不变的情况.一般按照以下流程分析: 受力分析―――――――→化“动”为“静”画不同状态下的平衡图――――――→“静”中求“动”确定力的变化 (3)相似三角形法在三力平衡问题中,如果有一个力是恒力,另外两个力方向都变化,且题目给出了空间几何关系,多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似,可利用相似三角形对应边成比例求解(构建三角形时可能需要画辅助线).题型例析1 图解法例1 (多选)如图所示,在倾角为α的斜面上,放一质量为m 的小球,小球和斜面及挡板间均无摩擦,当挡板绕O 点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中( )A.斜面对球的支持力逐渐增大B.斜面对球的支持力逐渐减小C.挡板对小球的弹力先减小后增大D.挡板对小球的弹力先增大后减小 题型例析2 解析法例2 (2020·广东中山市月考)如图,一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对球的压力大小为F N1,木板对球的压力大小为F N2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置.不计一切摩擦,在此过程中( )A.F N1先增大后减小,F N2始终减小B.F N1先增大后减小,F N2先减小后增大C.F N1始终减小,F N2始终减小D.F N1始终减小,F N2始终增大题型例析3相似三角形法例3(2020·山西大同市开学考试)如图所示,AC是上端带光滑轻质定滑轮的固定竖直杆,质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点,另一端B悬挂一重力为G的物体,且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮,用力F拉绳,开始时∠BCA>90°,现使∠BCA缓慢变小,直到∠BCA=30°.此过程中,轻杆BC所受的力()A.逐渐减小B.逐渐增大C.大小不变D.先减小后增大变式训练1(单个物体的动态平衡问题)(多选)(2020·广东惠州一中质检)如图所示,在粗糙水平地面上放着一个截面为四分之一圆弧的柱状物体A,A的左端紧靠竖直墙,A与竖直墙之间放一光滑圆球B,已知A的圆半径为球B的半径的3倍,球B所受的重力为G,整个装置处于静止状态.设墙壁对B的支持力为F1,A对B的支持力为F2,若把A向右移动少许后,它们仍处于静止状态,则F1、F2的变化情况分别是()A.F1减小B.F1增大C.F2增大D.F2减小变式训练2(多个物体的动态平衡问题)(多选)(2019·全国卷Ⅰ·19)如图所示,一粗糙斜面固定在地面上,斜面顶端装有一光滑定滑轮.一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块N,另一端与斜面上的物块M相连,系统处于静止状态.现用水平向左的拉力缓慢拉动N,直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°.已知M始终保持静止,则在此过程中()A.水平拉力的大小可能保持不变B.M所受细绳的拉力大小一定一直增加C.M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D.M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加类型二平衡中的临界、极值问题1.临界问题当某物理量变化时,会引起其他几个物理量的变化,从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题的描述中常用“刚好”“恰能”“恰好”等.临界问题常见的种类:(1)由静止到运动,摩擦力达到最大静摩擦力.(2)绳子恰好绷紧,拉力F=0.(3)刚好离开接触面,支持力F N=0.2.极值问题平衡中的极值问题,一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题.3.解题方法(1)极限法:首先要正确地进行受力分析和变化过程分析,找出平衡的临界点和极值点;临界条件必须在变化中去寻找,不能停留在一个状态来研究临界问题,而要把某个物理量推向极端,即极大和极小.(2)数学分析法:通过对问题的分析,根据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系(或画出函数图象),用数学方法求极值(如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值).(3)物理分析方法:根据物体的平衡条件,作出力的矢量图,通过对物理过程的分析,利用平行四边形定则进行动态分析,确定最大值与最小值.例4(2020·广东茂名市测试)如图所示,质量分别为3m和m的两个可视为质点的小球a、b,中间用一细线连接,并通过另一细线将小球a与天花板上的O点相连,为使小球a和小球b均处于静止状态,且Oa 细线向右偏离竖直方向的夹角恒为37°,需要对小球b朝某一方向施加一拉力F.若已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.重力加速度为g,则当F的大小达到最小时,Oa细线对小球a的拉力大小为()A.2.4mgB.3mgC.3.2mgD.4mg例5如图所示,质量为m的物体放在一固定斜面上,当斜面倾角为30°时恰能沿斜面匀速下滑.对物体施加一大小为F、方向水平向右的恒力,物体可沿斜面匀速向上滑行.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当斜面倾角增大并超过某一临界角θ0时,不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行,求:(1)物体与斜面间的动摩擦因数;(2)这一临界角θ0的大小.跟踪训练1.(2020·河南驻马店市第一学期期终)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上,用水平力F拉着绳的中点O,使OA段绳偏离竖直方向一定角度,如图所示.设绳OA段拉力的大小为F T,若保持O点位置不变,则当力F的方向顺时针缓慢旋转至竖直方向的过程中()A.F先变大后变小,F T逐渐变小B.F先变大后变小,F T逐渐变大C.F先变小后变大,F T逐渐变小D.F先变小后变大,F T逐渐变大2.(多选)如图所示,质量均为m的小球A、B用劲度系数为k1的轻弹簧相连,B球用长为L的细绳悬挂于O 点,A球固定在O点正下方,当小球B平衡时,细绳所受的拉力为F T1,弹簧的弹力为F1;现把A、B间的弹簧换成原长相同但劲度系数为k2(k2>k1)的另一轻弹簧,在其他条件不变的情况下仍使系统平衡,此时细绳所受的拉力为F T2,弹簧的弹力为F2.则下列关于F T1与F T2、F1与F2大小的比较,正确的是()A.F T1>F T2B.F T1=F T2C.F1<F2D.F1=F23.(多选)(2016·全国卷Ⅰ·19)如图,一光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于O点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b.外力F向右上方拉b,整个系统处于静止状态.若F方向不变,大小在一定范围内变化,物块b仍始终保持静止,则()A.绳OO′的张力也在一定范围内变化B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化4.(2020·安徽黄山市高三期末)如图所示,在水平放置的木棒上的M、N两点,系着一根不可伸长的柔软轻绳,绳上套有一光滑小金属环.现将木棒绕其左端逆时针缓慢转动一个小角度,则关于轻绳对M、N两点的拉力F1、F2的变化情况,下列判断正确的是()A.F1和F2都变大B.F1变大,F2变小C.F1和F2都变小D.F1变小,F2变大5.(2020·广东高三模拟)如图所示,竖直墙上连有细绳AB,轻弹簧的一端与B相连,另一端固定在墙上的C 点.细绳BD与弹簧拴接在B点,现给BD一水平向左的拉力F,使弹簧处于伸长状态,且AB、CB与墙的夹角均为45°.若保持B点不动,将BD绳绕B点沿顺时针方向缓慢转动,则在转动过程中BD绳的拉力F的变化情况是()A.变小B.变大C.先变小后变大D.先变大后变小6.(2020·河南信阳市高三上学期期末)如图所示,足够长的光滑平板AP与BP用铰链连接,平板AP与水平面成53°角固定不动,平板BP可绕水平轴在竖直面内自由转动,质量为m的均匀圆柱体O放在两板间,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,重力加速度为g.在使BP板由水平位置缓慢转动到竖直位置的过程中,下列说法正确的是()A.平板AP受到的压力先减小后增大B.平板AP受到的压力先增大后减小C.平板BP受到的最小压力为0.6mg7.(2020·黑龙江哈尔滨市三中高三模拟)如图所示,斜面固定,平行于斜面处于压缩状态的轻弹簧一端连接物块A,另一端固定,最初A静止.在A上施加与斜面成30°角的恒力F,A仍静止,下列说法正确的是()A.A对斜面的压力一定变小B.A对斜面的压力可能不变C.A对斜面的摩擦力一定变大D.A对斜面的摩擦力可能变为零8.(多选)如图所示,倾角为α的粗糙斜劈放在粗糙水平面上,物体a放在斜劈的斜面上,轻质细线一端固定在物体a上,另一端绕过光滑的定滑轮1固定在c点,滑轮2下悬挂物体b,系统处于静止状态.若将固定点c向右移动少许,而物体a与斜劈始终静止,则()A.细线对物体a的拉力增大B.斜劈对地面的压力减小C.斜劈对物体a的摩擦力减小D.地面对斜劈的摩擦力增大9.(多选)(2019·河北唐山一中综合测试)如图所示,带有光滑竖直杆的三角形斜劈固定在水平地面上,放置于斜劈上的光滑小球与套在竖直杆上的小滑块用轻绳连接,开始时轻绳与斜劈平行.现给小滑块施加一竖直向上的拉力,使小滑块沿杆缓慢上升,整个过程中小球始终未脱离斜劈,则有()A.轻绳对小球的拉力逐渐增大B.小球对斜劈的压力先减小后增大C.竖直杆对小滑块的弹力先增大后减小D.对小滑块施加的竖直向上的拉力逐渐增大10.(多选)如图所示装置,两根细绳拴住一小球,保持两细绳间的夹角θ=120°不变,若把整个装置顺时针缓慢转过90°,则在转动过程中,CA绳的拉力F1、CB绳的拉力F2的大小变化情况是()A.F1先变小后变大B.F1先变大后变小C.F2一直变小D.F2最终变为零11.倾角为θ=37°的斜面与水平面保持静止,斜面上有一重为G的物体A,物体A与斜面间的动摩擦因数μ=0.5.现给A施加一水平力F,如图所示.设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),如果物体A能在斜面上静止,水平推力F与G的比值不可能是()A.3B.2C.1D.0.512.(2020·山西“六校”高三联考)跨过定滑轮的轻绳两端分别系着物体A和物体B,物体A放在倾角为θ的斜面上,与A相连的轻绳和斜面平行,如图所示.已知物体A的质量为m,物体A与斜面间的动摩擦因数为μ(μ<tan θ),滑轮的摩擦不计,要使物体A静止在斜面上,求物体B的质量的取值范围(最大静摩擦力等于滑动摩擦力).参考答案类型一动态平衡问题题型例析1图解法例1【答案】BC【解析】对小球受力分析知,小球受到重力mg、斜面的支持力F N1和挡板的弹力F N2,如图,当挡板绕O 点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中,小球所受的合力为零,根据平衡条件得知,F N1和F N2的合力与重力mg大小相等、方向相反,作出小球在三个不同位置力的受力分析图,由图看出,斜面对小球的支持力F N1逐渐减小,挡板对小球的弹力F N2先减小后增大,当F N1和F N2垂直时,弹力F N2最小,故选项B、C正确,A、D错误.故选BC。
化学反应中的动态平衡和稳态分析
化学反应中的动态平衡和稳态分析化学反应是化学学科的核心内容之一,它代表了物质在化学变化中所表现出的本质特性。
在反应中,反应物被转化为产物,这个转化过程是迅速的,但实际上这个过程是与时间有关的,而且在某些情况下,这个转化过程并不会达到完全转化的程度。
因此,在化学反应中,我们需要研究动态平衡和稳态分析等概念。
动态平衡的概念动态平衡是指化学反应在反应物和产物浓度之间达到一种平衡状态的情况。
这种平衡是一个动态过程,反应物和产物之间的反应速率相等,在此期间,无论是反应物还是产物的浓度,都是不会发生常数性当量变化的。
这个平衡状态可以用化学反应的平衡常数K来描述。
动态平衡是一种特殊的平衡状态,它仅仅限于在一定的条件下,才能达到平衡。
这些条件包括反应物和产物的浓度,温度和压力等因素。
在这些条件下,当反应物和产物浓度达到一定比例时,这个反应就会达到动态平衡状态。
动态平衡的特点动态平衡有着很多独特的特点。
首先,它是一个动态的过程,而不是一个静态的状态。
其次,它是在一定条件下达到的,在这些条件改变的情况下,平衡状态也会相应发生变化。
最后,动态平衡的达成是一个双向的过程,即反应物和产物之间相互转化。
稳态分析的概念稳态分析是一种描述反应动力学过程的方法。
它是通过测量反应物和产物的浓度的变化以及能量的变化来刻画反应的特性。
这种分析方法可以直接反映出反应的本质特性,还可以用来探索反应机理和反应速率等参数,从而加深对反应基本原理的理解。
稳态分析的步骤和方法稳态分析的核心是测量反应物和产物的浓度变化以及能量的变化,并利用这些数据来探索反应的特性。
其主要的步骤包括测量反应物和产物的浓度变化,定量计算反应速率和反应动力学参数,以及利用这些参数来探索反应的本质特性。
例如,考虑以下反应:A +B → C稳态分析的第一步是测量反应物A和B的浓度,以及产物C 的浓度。
通过测量这些浓度的变化,可以计算出反应速率。
根据反应速率的计算结果,可以定量分析反应动力学参数,如反应平衡常数、反应速率常数和反应级数等。
动态平衡方法总结
动态平衡方法总结
动态平衡问题是指物体在力的作用下处于平衡状态,但力的大小和方向会发生变化。
以下是一些动态平衡问题的方法总结:- 图解法:适用于物体所受的三个力中,有一力的大小、方向均不变,另一个力的方向不变,大小变化,第三个力则大小、方向均发生变化的问题。
先正确分析物体所受的三个力,将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。
然后将方向不变的力的矢量延长,根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时,这个闭合三角形总是存在,比较不同形状的矢量三角形,各力的大小及变化就一目了然了。
- 相似三角形法:适用于物体所受的三个力中,一个力大小、方向不变,其它二个力的方向均发生变化,且三个力中没有二力保持垂直关系,但可以找到力构成的矢量三角形相似的几何三角形的问题。
先正确分析物体的受力,画出受力分析图,将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形,再寻找与力的三角形相似的几何三角形,利用相似三角形的性质,建立比例关系,把力的大小变化问题转化为几何三角形边长的大小变化问题进行讨论。
- 作辅助圆法:适用于物体所受的三个力中,开始时两个力的夹角为90°,且其中一个力大小、方向不变,另两个力大小、方向都在改变,但动态平衡时两个力的夹角不变,或者物体所受的三个力中,开始时两个力的夹角为90°,且其中一个力大小、方向不变,动态平衡时一个力大小不变、方向改变,另一个力大小、方向都改变的情况。
先正确分析物体的受力,画出受力分析图,将三个力的矢量首尾相连
构成闭合三角形,第一种情况以不变的力为弦作个圆,在辅助的圆中可容易画出两力夹角不变的力的矢量三角形,。
第21讲动态平衡问题分析图解法(解题技巧类)
第21讲动态平衡问题分析-----图解法【技巧点拨】1.动态平衡问题:通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢变化的平衡问题,从宏观上看,物体是运动变化的,但从微观上理解是平衡的,即任一时刻物体均处于平衡状态。
2.图解法:对研究对象进行受力分析,再根据三角形定则画出不同状态下的力的矢量图(画在同一个图中),然后根据有向线段(表示力)的长度变化判断各力的变化情况。
3.图解法分析动态平衡问题,往往涉及三个力,其中一个力为恒力,另一个力方向不变,但大小发生变化,第三个力则随外界条件的变化而变化,包括大小和方向都变化。
解答此类“动态型”问题时,一定要认清哪些因素保持不变,哪些因素是改变的,这是解答动态问题的关键4.图解法的一般步骤(1)首先画出力的分解图.在合力、两分力构成的三角形中,一个是恒力,大小、方向均不变;另两个是变力,其中一个是方向不变的力,另一个是大小、方向均改变的力.(2)分析方向变化的力在哪个空间内变化,借助力的矢量三角形,利用图解法判断两个变力大小、方向的变化.(3)注意:由图解可知,当大小、方向都可变的分力(设为F1)与方向不变、大小可变的分力垂直时,F1有最小值.【对点题组】1. 如图所示,小球放在光滑的墙与装有铰链的光滑薄板之间,当墙与薄板之间的夹角θ缓慢地增大到90°的过程中()A.小球对薄板的压力增大B.小球对墙的压力减小C.小球对墙的压力先减小后增大D.小球对薄板的压力不可能小于球的重力2.用细绳AO、BO悬挂一重物,BO水平,O为半圆形支架的圆心,悬点A和B在支架上.悬点A固定不动,将悬点B从图8所示位置逐渐移到C点的过程中,试分析OA绳和OB绳中的拉力变化情况.3.如图所示,用挡板将斜面上的光滑小球挡住,当挡板由竖直位置缓慢转到水平位置的过程中,小球对挡板的压力()A.逐渐增大B.逐渐减小C.先增大后减小D.先减小后增大4.如图所示,用与竖直方向成θ角的倾斜轻绳子a和水平轻绳子b共同固定一个小球,这时绳b的拉力为F1.现在保持小球在原位置不动,使绳子b在原竖直平面内,逆时针转过θ角固定,绳b拉力变为F2;再转过θ角固定,绳b拉力变为F3,则()A.F1<F2<F3 B.F1= F3>F2C.F1= F3<F2 D.绳a拉力一直减小5.如图所示,保持θ不变,以O为圆心将轻绳BO缓慢做顺时针旋转,则BO的拉力将()A.逐渐减小B.逐渐增大C.先减小后增大D.先增大后减小6.如图所示,用一根细线系住重力为G、半径为R的球,其与倾角为α的光滑斜面劈接触,处于静止状态,球与斜面的接触面非常小,当细线悬点O固定不动,斜面劈缓慢水平向左移动直至绳子与斜面平行的过程中,下述正确的是().A.细绳对球的拉力先减小后增大B.细绳对球的拉力先增大后减小C.细绳对球的拉力一直减小D.细绳对球的拉力最小值等于G7.如图,运动员的双手握紧竖直放置的圆形器械,在手臂OA沿由水平方向缓慢移到A 位置过程中,若手臂OA,OB的拉力分别为F A和F B,下列表述正确的是()A. F A一定小于运动员的重力GB. F A与F B的合力始终大小不变C. F A的大小保持不变D. F B的大小保持不变【高考题组】8.(2013·天津卷)如图所示,小球用细绳系住,绳的另一端固定于O点。
(完整版)动态平衡问题常见解法
动态平衡问题苗贺铭动态平衡问题是高中物理平衡问题中的一个难点,学生不掌握问题的根本和规律,就不能解决该类问题,一些教学资料中对动态平衡问题归纳还不够全面。
因此,本文对动态平衡问题的常见解法梳理如下。
所谓的动态平衡,就是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢变化的平衡问题,物体在任意时刻都处于平衡状态,动态平衡问题中往往是三力平衡。
即三个力能围成一个闭合的矢量三角形。
一、图解法方法:对研究对象受力分析,将三个力的示意图首尾相连构成闭合三角形。
然后将方向不变的力的矢量延长,根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时,这个闭合三角形总是存在,只不过形状发生改变而已,比较这些不同形状的矢量三角形的边长,各力的大小及变化就一目了然了。
例题1如图所示,一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对球的压力大小为F N1,球对木板的压力大小为F N2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置.不计摩擦,在此过切程中( )A.F N1始终减小B. F N2始终减小C. F N1先增大后减小D. F N2先减小后增大解析:以小球为研究对象,分析受力情况:重力G、墙面的支持力和木板的支持力,如图所示:由矢量三角形可知:始终减小,始终减小。
归纳:三角形图象法则适用于物体所受的三个力中,有一力的大小、方向均不变(通常为重力,也可能是其它力),另一个力的方向不变,大小变化,第三个力则大小、方向均发生变化的问题。
二、解析法方法:物体处于动态平衡状态时,对研究对象的任一状态进行受力分析,建立平衡方程,得到自变量与应变量的函数关系,由自变量的关系确定应变量的关系。
例题2.1倾斜长木板一端固定在水平轴O上,另一端缓慢放低,放在长木板上的物块m 一直保持相对木板静止状态,如图所示.在这一过程中,物块m受到长木板支持力F N和摩擦力F f的大小变化情况是() A. F N变大,F f变大B. F N变小,F f变小C. F N变大,F f变小D. F N变小,F f变大解析:设木板倾角为θ根据平衡条件:F N=mgcosθF f=mgsinθ可见θ减小,则F N变大,F f变小;故选:C例题2.2 如图所示,轻绳OA 、OB 系于水平杆上的A 点和B 点,两绳与水平杆之间的夹角均为30°,重物通过细线系于O 点。
动态平衡定律及实际应用分析
动态平衡定律及实际应用分析动态平衡定律在物理学中是一个重要的概念,它描述了物体受力平衡的条件,在实际生活中有许多有趣的应用。
本文将介绍动态平衡定律的基本原理,并通过几个实际应用的例子来分析其作用。
动态平衡定律是基于牛顿第二定律的基础上,描述了一个物体在受到外力作用时保持平衡的条件。
牛顿第二定律表明一个物体在外力作用下产生加速度,而动态平衡定律则指出,物体在受力平衡的情况下,其中心质量仍然保持匀速直线运动。
动态平衡定律可以用以下公式表示:ΣF = 0,其中ΣF代表受到的合力,等于零表示物体在受力平衡的状态。
一个常见的应用例子是旋转物体的平衡。
我们可以想象一个旋转的陀螺,当陀螺旋转时,其受到的离心力和重力产生了相互作用。
根据动态平衡定律,陀螺保持平衡需要满足ΣF = 0条件,即离心力和重力的合力为零。
为了实现这一条件,我们可以通过调整陀螺的重心位置来使两个力达到平衡,从而保持陀螺的稳定旋转。
另一个常见的应用是汽车转弯时的平衡。
当汽车转弯时,车辆会受到向心力的作用,这会导致车辆向外侧倾斜。
然而,根据动态平衡定律,车辆在转弯时仍然保持平衡。
这是由于车辆倾斜的角度对向心力产生了一个补偿力,使得合力为零。
通过调整车辆的重心位置、悬挂系统和轮胎对地面的接触面积,可以实现汽车在转弯时的平衡。
动态平衡定律还可以应用于机械工程中的旋转系统设计。
在旋转系统中,如发动机或电机,动态平衡定律对于消除振动和提高性能非常重要。
通过在旋转部件上增加平衡质量来调整合力,可以减小或消除不平衡力引起的振动,并提高系统的稳定性和寿命。
此外,动态平衡定律在物体的运动过程中也具有重要的应用。
例如,一个摆锤在摆动过程中受到重力和摩擦力的作用,根据动态平衡定律,摆锤在摆动过程中保持平衡需要满足ΣF = 0条件。
借助这一原理,我们可以通过调整摆锤的质心位置和摩擦力来实现摆锤的稳定摆动。
总结来说,动态平衡定律是一个重要的物理学概念,描述了物体在受力平衡的条件下保持平衡的情况。
动态平衡的受力分析
动态平衡的受力分析动态平衡是指物体在运动中的受力分析。
在物体运动过程中,物体可能受到外力的作用,这些力有时会使物体发生运动或改变物体的速度。
为了使物体保持运动状态或者保持原来的运动状态,需要考虑物体的受力平衡。
在动态平衡的受力分析中,首先要明确物体所受到的外力。
外力可以分为两类:接触力和非接触力。
接触力是指物体与其它物体直接接触产生的力,例如摩擦力、弹力等。
非接触力是指物体之间通过距离而作用的力,例如重力、电磁力等。
其次,要考虑物体的惯性。
物体的惯性是指物体维持其原有状态的性质,包括保持静止或保持匀速直线运动的能力。
根据牛顿第一定律,如果物体处于平衡状态,那么外力的合力为零。
接下来,可以进行受力分析。
受力分析的目的是确定物体所受到的外力及其作用方向。
通过受力分析,可以得到物体所受到的不平衡力或合力,从而判断物体的运动状态。
首先考虑物体所受到的重力。
重力是指地球对物体产生的吸引力,其作用方向垂直于地表向下。
根据牛顿第二定律,重力的大小为物体的质量与加速度之积,即F=mg,其中F为重力,m为物体的质量,g为重力加速度。
接着考虑物体所受到的其它外力,例如摩擦力、弹力等。
摩擦力是指物体之间相对运动时产生的阻力,其作用方向与物体之间的相对运动方向相反。
弹力是指物体之间发生弹性形变后产生的力,其作用方向与形变方向相反。
根据牛顿第二定律,物体所受到的合力等于物体的质量与加速度之积,即F=ma,其中F为合力,m为物体的质量,a为物体的加速度。
物体的加速度可通过重力和其它外力来求解。
如果物体受到的重力等于其它外力的合力,那么物体将处于静止状态或匀速直线运动状态。
如果物体受到的重力小于其它外力的合力,那么物体将产生加速度,并且速度会增加。
相反,如果物体受到的重力大于其它外力的合力,那么物体将产生减速度,并且速度会减小。
另外,要注意在受力分析中考虑物体的转动情况。
如果物体能够绕一些点旋转,那么除了考虑物体的线性运动外,还需要考虑物体的转动状态。
动态平衡问题的分析方法
动态平衡问题的分析方法动态平衡问题是平衡问题中的难点问题,这里,我们将通过具体实例来分析如何求解动态平衡问题。
一、图解法例1、如图所示,用水平细线将电灯拉到图示位置,若保持灯位置不变,将细线由顺时针转到竖直的过程中,细线受到的拉力?A、变大B、变小C、先变大后变小D、先变小后变大分析和解答:如图所示,选O点为研究对象,可认为O点受到三个力作用:一个灯的重力引起的对O点向下的拉力,一个是电线的拉力,再一个是线的拉力,根据共点力作用下物体平衡条件,可知电线拉力(OB)和细线(OA)拉力的合力必和灯的重力大小相等,方向相反,作用在一条直线上,作力的平行四边形,由于电线拉力和细线拉力的合力大小和方向是不变的,而且电线拉力方向(即OB)方向也不变,可以发现随细线OA拉力方向改变,电线拉力逐渐变小。
(即线段的长度)而细线拉力则先变小后变大,当细线拉力方向和电线拉力方向垂直时,细线拉力取最小值,由此选项D正确。
点评:利用图解法来定性分析一些动态平衡问题,简单直观有效,是经常使用的方法。
分析时要注意那些力的大小不变,注意那些力的方向不变,注意那些力的大小和方向都不变。
(1)若已知一个力不变,另一个力F1方向不变大小变,则用三角形法(或图解法)处理问题,另一个力F2的最小值条件为F1⊥F2.(2)若已知一个力不变,另一个力大小不变方向变,则用图解法处理问题.例2、如图,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N.初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角为α.现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变.在OM由竖直被拉到水平的过程中( )A .MN上的张力逐渐增大B.MN上的张力先增大后减小C.OM上的张力逐渐增大D.OM上的张力先增大后减小分析和解答:选AD.重物受到重力mg、OM绳的拉力FOM、MN 绳的拉力FMN共三个力的作用.缓慢拉起过程中任一时刻可认为是平衡状态,三力的合力恒为0.如图所示,由三角形定则得一首尾相接的闭合三角形,由于α>且不变,则三角形中FMN与FOM的交点在一个优弧上移动,由图可以看出,在OM被拉到水平的过程中,绳MN中拉力一直增大且恰好达到最大值,绳OM中拉力先增大后减小,故A、D正确,B、C错误.点评:这类问题的特点是:重力大小方向都不变,还有两个力的夹角不变,可以画圆,因为有两个力的夹角α不变,所以表示重力的线段对应的圆周角不变。
完整版高中物理动态平衡受力分析
完整版高中物理动态平衡受力分析动态平衡是指在物体运动时,物体的受力平衡,使物体保持定速直线运动或转动。
在动态平衡中,物体可能受到多个力的作用,这些力可以分为两类:外力和内力。
外力是指与物体接触的其他物体对物体施加的力,如摩擦力、重力、拉力等。
内力是物体内部各个部分之间产生的相互作用力,如拉伸力、压缩力等。
为了分析物体在动态平衡下的受力情况,可以按照以下步骤进行受力分析:1.画出物体受力图:首先,需要画出一个简化的图示,表示物体接受的各个力。
根据具体情况,可以选择建立纵向受力图或者平面受力图。
2.确定物体受力情况:根据物体受力图,确定物体受到的各个力的大小、方向和作用点。
需要注意,对于物体上施加的力,需要标明受力的物体和受力的方式。
例如,使用箭头表示力的方向,同时标明受力物体。
3.列出受力方程:根据物体受力情况,根据牛顿第二定律可以得到受力方程。
根据具体情况,可以选择选择沿轴向或者选择各个方向进行受力分解。
4.解方程求解:根据受力方程,可以求解物体的加速度、速度或者其他需要的物理量。
在这一步骤中,可能需要使用数学方法来求解方程。
需要注意的是,以上步骤仅仅是一种一般的分析方法,实际应用中可能存在一些特殊情况。
例如,物体上可能还存在弹力、阻力等影响物体受力情况的因素,需要根据具体情况进行分析。
同时,动态平衡分析还需要结合运动学的知识,确定物体的运动方程。
例如,需要确定物体的加速度、速度、位移等物理量的关系,进一步分析物体受力情况。
总而言之,动态平衡受力分析是一项重要的物理问题,在解决实际问题中起到了关键的作用。
通过受力分析,可以了解物体的受力情况,为解决实际问题提供了理论基础。
同时,动态平衡受力分析也是物理学习的重要内容,有助于提升学生的问题分析和解决能力。
6.动态平衡分析
4.在固定于地面的斜面上垂直安放 4.在固定于地面的斜面上垂直安放 1 了一个挡板,截面为 圆的柱状物 了一个挡板, 4 体甲放在斜面上, 体甲放在斜面上,半径与甲相等的 光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间, 光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间, 图8 乙没有与斜面接触而处于静止状态,如图8所示. 乙没有与斜面接触而处于静止状态,如图8所示.现 在从球心处对甲施加一平行于斜面向下的力F使甲 在从球心处对甲施加一平行于斜面向下的力F 沿斜面方向缓慢地移动,直至甲与挡板接触为止. 沿斜面方向缓慢地移动,直至甲与挡板接触为止. 设乙对挡板的压力为F 甲对斜面的压力为F 设乙对挡板的压力为F1,甲对斜面的压力为F2,在 此过程中 ( )
解析
对杆A端受力分析如右图所示, 对杆A端受力分析如右图所示,
的合力等于F 端远离时, F1与F3的合力等于F2,当C端远离时, G , F2=Gcot α, α变大,由 F1 = 变大, sin α 变大,sin 变大,cot 变小,所以F 知α变大,sin α变大,cot α变小,所以F1、F2均变 小. 答案 D
A、B在同一水平线上,A点不动,B点向右移动;使 在同一水平线上, 点不动, 点向右移动; A、B逐渐远离的过程中,物体P静止不动,关于细线 逐渐远离的过程中,物体P静止不动, 的拉力F 的大小随AB AB间距离变化的情况是 的拉力FA和FB的大小随AB间距离变化的情况是 ( )
A.F 随距离增大而一直增大 A.FA随距离增大而一直增大 B.F 随距离增大而一直减小 B.FA随距离增大而一直减小 C.F 随距离增大而一直增大 C.FB随距离增大而一直增大 D.F D.FB随距离增大而一直减小 解析 的方向不变, 向右移, A点不动,即FA的方向不变,B向右移,FB的大小 点不动, 方向都发生变化, 方向都发生变化,以O点为研究对象,由平衡知识,通 点为研究对象,由平衡知识, 过作平行四边形可知F 一直增大, 先减小后增大, 过作平行四边形可知FA一直增大,FB先减小后增大, 所以A正确. 所以A正确. 答案 A
1、动态平衡问题:三种非常规方法-备战2022年高考尖子生培优专题(解析版)
1、动态平衡问题-三种非常规方法一.动态平衡是指平衡问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变化,所以叫动态平衡。
2.基本思路化“动”为“静”,“静”中求“动”。
二、解决动态平衡方法1、图解法:图解法分析物体动态平衡问题时,一般物体只受三个力作用,且其中一个力大小、方向均不变,另一个力的方向不变,第三个力大小、方向均变化. (1)用力的矢量三角形分析力的最小值问题的规律:①若已知F 合的方向、大小及一个分力F 1的方向,则另一分力F 2的最小值的条件为F 1⊥F 2; ②若已知F 合的方向及一个分力F 1的大小、方向,则另一分力F 2的最小值的条件为F 2⊥F 合. 例1.(多选)已知力F ,且它的一个分力F 1跟F 成30°角,大小未知,另一个分力F 2的大小为33F ,方向未知,则F 1的大小可能是( ) A.3F 3 B.3F 2 C.23F 3D.3F 【解析】根据题意作出矢量三角形如图,因为33F >F2,从图上可以看出,F 1有两个解,由直角三角形OAD 可知:F OA = F 2-F22=32F .由直角三角形ABD 得:F BA = F 22-F22=36F .由图的对称性可知:F AC =F BA =36F ,则分力F 1=32F -36F =33F ;F 1′=32F +36F =233F .【答案】AC针对训练1、作用于O 点的三力平衡,设其中一个力大小为F 1,沿y 轴正方向,力F 2大小未知,与x 轴负方向夹角为θ,如图19所示.下列关于第三个力F 3的判断中正确的是( ).A .力F 3只能在第四象限B.力F3与F2夹角越小,则F2和F3的合力越小C.F3的最小值为F1cos θD.力F3可能在第一象限的任意区域【解析】O点受三力平衡,因此F2、F3的合力大小等于F1,方向与F1相反,故B错误;作出平行四边形,由图可以看出F3的方向范围为第一象限中F2反方向下侧及第四象限,故A、D错;当F3⊥F2时,F3最小,F3=F1cos θ,故C正确.【答案】 C针对训练2、(多选)如图所示,在“探究求合力的方法”的实验中,橡皮条一端固定于P 点,另一端通过两个细绳套连接两个弹簧测力计,分别用F1和F2拉两个弹簧测力计,将结点拉至O点.现让F1大小不变,方向沿顺时针方向转动某一角度,且F1始终处于PO所在直线左侧,要使结点仍位于O点,则关于F2的大小和图中的θ角,下列说法中正确的是( )A.增大F2的同时增大θ角B.增大F2的同时减小θ角C.增大F2而保持θ角不变D.减小F2的同时增大θ角【解析】结点O的位置不变,则F1和F2的合力不变,作出F1和F2合成的矢量三角形,如图所示,可知增大F2的同时,θ角可以增大,可以不变,也可以减小,故只有D说法错误.【答案】ABC2、相似三角形:正确作出力的三角形后,如能判定力的三角形与图形中已知长度的三角形(几何三角形)相似,则可用相似三角形对应边成比例求出三角形中力的比例关系,从而达到求未知量的目的。
物理动态平衡问题的基本解法五种
物理动态平衡问题的基本解法五种
物理动态平衡问题的基本解法有以下五种:
1. 力的平衡法:根据牛顿第二定律,物体的总受力为零时,物体处于力的平衡状态。
可以通过分析物体受到的各个力的大小和方向来判断物体的平衡状态,并解出未知量。
2. 力矩的平衡法:根据物体的力矩(或力矩矩阵)的平衡条件来判断物体是否处于平衡状态。
物体的力矩等于零时,物体处于力矩平衡状态。
可以根据物体的几何形状和受力情况,建立力矩平衡方程来解决问题。
3. 动力学方法:使用动力学的方法来分析物体的运动状态和平衡条件。
通过分析物体所受到的各个力和力矩,建立动力学方程组,解出未知量。
4. 能量守恒法:利用能量守恒定律来解决物体的平衡问题。
通过分析物体所受到的各个力和物体的势能和动能之间的关系,建立能量守恒方程来解决问题。
5. 作图法:根据物体的几何形状和受力情况,通过作图来解决问题。
可以根据物体的平衡条件和受力分析,将物体的受力情况转换为几何图形,然后通过几何推理和计算,解决问题。
理论力学中的力学系统动态平衡分析
理论力学中的力学系统动态平衡分析力学系统动态平衡分析是理论力学中重要的研究内容之一。
通过对力学系统的动态平衡进行分析,可以揭示系统的运动规律和稳定性,对于工程设计和科学研究具有重要意义。
一、动态平衡的概念与基本原理在理论力学中,力学系统的动态平衡指的是系统在力的作用下,各个物体之间保持相对平衡的状态。
动态平衡的实现需要满足一定的条件,即物体之间的受力平衡和力矩平衡。
受力平衡是指物体受到的合外力为零,即∑F=0。
在力学系统中,物体受到的外力可以由质量与加速度之积(F=ma)来表示。
当所有物体的合外力为零时,即∑F=0,物体之间的受力平衡得以实现。
力矩平衡是指物体受到的合外力矩为零,即∑M=0。
力矩是由力在物体上的施力点与物体某一点之间产生的力偶引起。
物体的转动平衡需要满足∑M=0的条件。
二、力学系统的动态平衡分析方法力学系统的动态平衡分析方法主要有静力学方法和运动学方法两种。
静力学方法是基于条件精确的力学模型进行力和力矩的计算,以验证物体系统是否达到动态平衡。
通过构建力学模型,列出受力平衡和力矩平衡的方程组,并求解这些方程组,可以判断系统是否处于动态平衡状态。
静力学方法适用于分析稳定的、处于静止状态的力学系统。
运动学方法是基于动力学原理进行力学系统的动态平衡分析。
通过对物体位置、速度和加速度等运动参数的计算,结合受力平衡和力矩平衡的条件,确定力学系统的动态平衡状态。
运动学方法适用于分析运动状态下的力学系统,对于研究物体的运动规律和稳定性具有重要意义。
三、力学系统的动态平衡案例分析以典型的力学系统动态平衡案例——单摆为例,进行分析。
单摆是一个简单的物理力学系统,由一个质点与一根不可伸长的细线组成,质点可以在重力作用下沿着垂直线做简谐振动。
对于单摆动态平衡的分析,可以采用运动学和动力学方法。
通过对单摆振动过程的运动学分析,可以得到质点的位置、速度和加速度等参数随时间的变化规律。
在纵向和横向两个方向上,质点所受的合外力为零,符合受力平衡的条件。
动态平衡的原理
动态平衡的原理
动态平衡是一个物体在作用力和反作用力相等的情况下保持平衡的原理。
根据牛顿第三定律,当一个物体受到外力作用时,它同时会对另一个物体施加等大反向的力。
这种力的相互作用导致物体产生两个相互反向的力,使物体保持在平衡状态。
在动态平衡下,这两个相互作用的力被称为动态力,它们在大小上相等,在方向上相反。
由于这两个力的平衡,物体的总动力为零,因此物体处于平衡状态。
动态平衡的原理可以通过一些具体的例子来说明。
例如,当一个人站在地上时,他的体重会施加在地面上。
根据牛顿第三定律,地面与人的体重之间存在一个相等反向的力。
这个力使地面发生压力,同时地面也对人施加一个反力。
这两个相互作用的力保持平衡,使人能够保持站立的平衡状态。
另一个例子是乘坐电梯。
当电梯上升时,乘客会感受到自己被向上推的力,这是电梯地板向上施加给乘客的反力。
同样,当电梯下降时,乘客会感受到自己被向下压的力,这是电梯地板向下施加给乘客的反力。
通过这两个相互作用的力,乘客可以在电梯内保持平衡。
总而言之,动态平衡的原理是物体在作用力和反作用力相等的情况下保持平衡。
这种平衡是通过两个相互作用的力相互抵消而实现的。
浅谈动态平衡问题的常用分析方法
浅谈动态平衡问题的常用分析方法物体的平衡问题中,存在着大量的动态物体平衡问题。
所谓动态的物体平衡问题,是指通过控制某些物理量,使物体所处的状态发生缓慢的变化,而物体在变化过程中的任一状态都可以看作是平衡状态。
解决动态平衡问题的基本思想是:先选择过程中的某一状态作为参考专题,按照静态平衡问题进行分析,然后再考虑整个过程中哪些量是不变的,哪些量是变化的,结合平衡条件,根据不变的量和确定的变化量来确定未知的变化量,分析动态平衡问题常用的方法有:力的合成、力的分解、正交分解法、极限法、图象法等。
【例题】如图所示,挡板AB和竖直墙壁之间夹有一光滑小球,球的质量为m,则挡板与墙壁之间夹角θ缓慢增加至θ=90°时,AB板及墙壁对球的压力如何变化?解法一、利用力的合成由于挡板缓慢放下,故小球总处于平衡态,其受力如图1所示,由平衡条件知,F N1与F N2的合力F合等于G,将F N1与F N2合成,由图知:F N1=mgcotθ,F N2=mg/sinθ,当θ增大时,cotθ减少,sinθ增大,故F N1减小,F N2也减小,当θ=90°时,F N1=0,F N2=mg。
解法二、利用力的分解F图1 F N22图2由于挡板缓慢放下,小球处于平衡状态,其所受外力的合力为零,将图2中的G沿F N1和F N2的反方向分解为G1和G2,且G1=mgcotθ,G2=mg/sinθ。
根据平衡条件知,物体在这两个方向的合力均为零,所以F N1=G1=mgcotθ,F N2=G2=mg/sinθ,所以当θ逐渐增大时,F N1减小,最后等于零,F N2也逐渐减小,最后等于mg。
解法三、利用正交分解法由以上分析可知,小球处于平衡状态,其合力为零,其受力如图3所示,沿F N1及G 方向建立直角坐标,分解F N2为F N2x和F N2y,得到F N2x= F N2cosθ,F N2y= F N2sinθ,根据平衡条件有F N2y=F N2sinθ=mg,F N2x= F N2cosθ=F N1,解得F N1=mgcotθ,F N2=mg/sinθ,当θ增大时,F N1减小,最后等于零,F N2也减小,最后等于mg。
静态与动态平衡的分析与应用
静态与动态平衡的分析与应用在物理学中,平衡是一个十分重要的概念。
物体在平衡状态下,在外力作用下保持不动,并且不会发生任何形式的旋转。
平衡可以分为静态平衡和动态平衡两种形式。
本文将对静态与动态平衡进行分析,并探讨它们的实际应用。
静态平衡是指物体静止不动的状态,而动态平衡则是指物体在特定的条件下保持运动匀速直线运动的状态。
静态平衡在日常生活中的应用非常广泛。
例如,我们常常会看到在建筑工地上使用的脚手架,脚手架的结构需要仔细设计,以确保其在工作过程中保持稳定。
如果脚手架的平衡失去了,将会带来严重的后果,不仅会影响工作进度,还可能导致工人的伤亡。
因此,在设计脚手架时,需要考虑各种因素,如材料的强度、重力的作用等,以保证脚手架的静态平衡。
动态平衡则主要应用于机械领域。
例如,在汽车的发动机中,活塞在缸内运动时,必须保持动态平衡,以减少因不平衡产生的振动和噪音。
为了实现动态平衡,汽车制造商通常会在发动机内部安装平衡轮,通过调整平衡轮的质量分布来达到平衡。
这样一来,不仅能保持发动机的正常运行,还能提高驾驶的舒适性。
除了汽车发动机外,飞机引擎、船舶的螺旋桨等也需要进行动态平衡的设计,以确保它们在高速旋转过程中不会产生过大的振动和失衡。
除了建筑和机械领域,静态与动态平衡的原理也在体育运动中有着重要的应用。
例如,在体操项目中,运动员进行各种高难度的动作要求他们保持身体的平衡。
通过分析静态与动态平衡的原理,运动员可以根据身体的力学性质,合理地调整动作的姿势和重心的分布,以保持平衡。
这对于运动员来说非常关键,因为只有在保持平衡的前提下,才能完成更为复杂和高级的动作,并获得更高的比赛得分。
除了以上应用,静态与动态平衡的原理还可以在化工工艺、天平、电子设备等领域得到广泛应用。
在化工工艺中,精确的配料和搅拌过程要求混合物保持静态平衡,以防止物料的泄漏和不均匀混合。
天平在日常生活中的应用也非常广泛,它通过比较物体的重量和平衡力来测量物体的质量,实现了静态平衡。
动态平衡问题的分析
本节课到此结束,谢谢观看。
G’
FN1
小结
(1)物体受三个力
题型特点 动 态 平 衡 问 题 的 分 析
(2)三个力中一个力是恒力,一个力的方向不 变,由于第三个力的方向变化,而使该力和方向不 变的力的大小发生变化,但二者合力不变。
(1)明确研究对象 (2)分析物体的受力 解题思路 (3)用力的合成或力的分解作平行四边形 (也可简化为矢量三角形) (4)正确找出力的变化方向 (5)根据有向线段的长度变化判断各个力的 变化情况。
解析 取小球为研究对象,小球受到重力G、 审题设疑 竖直墙面对小球的压力FN1和木板对小球的 1.初始时刻小球受力情况如何? FN2’ 支持力FN2′(大小等于FN2)三个力作用,如 2.通过图象法怎样画出木板缓慢转动过程 图所示, FN1和FN2′的合力为G′,G′=G, 中, FN1及FN, 则 G′恒定不变 当木板向下转动时,FN1、 2的大小及方向变化情况? mg FN2′变化如图所示,则FN1、FN2′都减小, 即FN1、FN2都减小,所以正确选项为B.
利用三力平衡图示构成闭合 三角形的规律,可以对动态平衡 问题画出不同时刻的三力矢量三 角形,进而判断三力中哪规律.
F1 F2 mg
物体在三个力的作 用下处于平衡状态,这 三个力首尾相连组成一 个闭合的矢量三角形.
解析 选小球为研究对象,其受力情况 Mg 1.缓慢推动小球整个运动过程中 如图所示,用平行四边形定则作出相应 受合力始终为零. 的“力三角形”,其中mg大小、方向均 2.注意分析小球上滑过程中,受力 不变, N的方向不变,推动斜面时, 个数F ,各力大小、方向及变化情况 . FT 逐渐趋于水平,根据动态平衡,FT先减 小后增大,FN不断增大,选项D正确.
动态平衡的条件和计算方法
动态平衡的条件和计算方法动态平衡是指物体在运动时保持平衡的状态。
在力学中,动态平衡是一个很重要的概念,它对于机械系统的稳定性和运行效率有着直接的影响。
本文将介绍动态平衡的条件和计算方法。
一、动态平衡的条件要实现动态平衡,需要满足以下两个条件:1. 静平衡条件:物体在静止时保持平衡的条件也适用于动态平衡。
即物体在各个方向上的合力为零,同时转矩为零。
2. 动平衡条件:除了满足静平衡条件外,物体在运动时还要满足动平衡条件。
动平衡条件是指物体的质心和转动轴要保持在同一平面上,即物体在旋转时不产生偏离。
这两个条件的同时满足可以保证物体在运动时保持平衡。
在实际应用中,为了达到动态平衡,往往需要进行相应的计算。
二、动态平衡的计算方法动态平衡的计算方法主要分为两类:静平衡方法和动平衡方法。
1. 静平衡方法:静平衡方法是指根据物体的质心和转动轴的位置关系来进行计算。
当质心和转动轴不在同一平面上时,需要在质心或转动轴上加上一个附加质量,使物体保持平衡。
计算步骤如下:(1) 确定物体的质心和转动轴位置。
(2) 计算质心和转动轴的距离,确定是否在同一平面上。
(3) 如果不在同一平面上,通过添加适当的附加质量来实现平衡。
静平衡方法的优点是简单易行,但需要额外添加附加质量,可能会增加物体的质量和复杂度。
2. 动平衡方法:动平衡方法是指通过分析物体的振动情况来进行计算。
通过调整物体的质量分布,使物体在旋转时不产生振动,从而实现平衡。
计算步骤如下:(1) 确定物体的振动情况,包括振动频率和振幅。
(2) 根据振动情况计算物体的转动惯量。
(3) 调整物体的质量分布,使转动惯量与系统的需求相匹配。
动平衡方法的优点是可以实现更精确的平衡效果,但需要对物体进行详细的振动分析和质量调整,相对复杂一些。
三、实例分析下面以一个简单的旋转体为例,说明动态平衡的条件和计算方法。
假设有一个汽车轮胎,在运动时需要保持动态平衡。
首先,需要满足静平衡条件,即轮胎的质心和转动轴在同一平面上。
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答 本题正确选项为C.
【拓展1】如图所示,将球用细绳系住放在倾角为θ的光滑斜 面上,当细绳由水平方向缓慢向上偏移至竖直方向的过程中, 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6、光滑半球面上的小球被一通过定滑轮的 力F由底端缓拉到顶端的过程中,试分析绳的 拉力F及半球面对小球的支持力FN的变化情况 (如图1-4-9所示).
图1-4-9
图1-4-10
【解析】如图1-4-10所示,作出小球的受力示意图,
注意弹力FN总与球面垂直.从图中可得到两画阴影的 三角形相似.
设球体半径为R,定滑轮到球面的距离为h,绳长为L, 根据三角形相似性得
动态平衡分析总结
№1、三角形法:当F1 恒定,F2 方向不 变,大小变化, F3 方向、大小均变时
№2、相似三角形法:当F1 恒定,F2 、F3 方向变化时 №3、合成法:当F2 、 F3 方向变化但大 小相等时, F1是否变化,关键看F2 、 F3 的夹角是否变化。
【例8】如图所示, 物体在沿粗糙斜面向上的拉力F作用下处于静止 状态. 当F逐渐增大到物体即将相对于斜面向上运动的过程中, 斜面对物体的作用力可能 ( ) AD A.逐渐增大 B.逐渐减小 C.先增大后减小 D.先减小后增大
解
在θ 角增大时,重力G的大小、方向都不变;a坡弹力N a 的方向始终
垂直斜坡向左上方,因此方向不变;随着θ 增大,N b 方向、大小都变化,因 而G、N a 所组成的平行四边形不断变化,对角线F的方向由F1 ,F2 ,…,F6 ,
…,不断向下移动,如图 2 - 3所示.由图可见,F的大小先逐渐变小,当F与 N a 的方向垂直时 ( 此时θ 为 90°,亦即b坡与斜坡a) 垂直,F最小 ( 如图 2 - 3中 的F4 ) ,然后F再逐渐变大,最后当b板达到水平状态时,F大小等于G.
F/L=[mg/(h+R)]· FN/R=mg/(h+R). 由上两式得 绳中张力F=mgL/(h+R), 球面弹力FN=mgR/(h+R). 由于拉动过程中h、R不变,L变小. 故F减小,FN不变.
图1-4-10
例7、如图所示,不计重力的带有光滑滑轮的 细杆OB,可绕O点在竖直平面内自由转动,跨 过滑轮的细绳吊一重物P,另一端栓在A点墙 壁上处于平衡,绳拉力为F,杆受到的压力为 N,杆与竖直方向夹角为θ。若A点沿墙上移, 当OB杆重新平衡时,则 BC A、F变大; B、θ变大; C、N变小; D、F变小
C
[ ]
D.N b先逐渐变大,再逐渐变 小;Na不断变大
分析以小球为研究对象,小球受竖直向下的重力G、垂直于a坡的弹
力N a 、垂直于b板的弹力N b ,处于三力平衡状态,如图2-2所示.N a 和G的
当b板绕O逆时针转动时,α角不变,θ角逐渐增大,但三力平衡的 情况不变.
合力F与N b 大小相等、方向相反.
解题指导 G不变 FN方向不变
G
FN
解题技巧
图解法
T
动态三角形
G
拓展2、如图所示是用来粉刷墙壁的涂料滚的示意 图,使用时,用撑杆推着涂料滚沿墙壁上下滚动, 把涂料均匀地粉刷到墙壁上.撑杆的重量和墙壁的 摩擦均不计,而且撑杆足够长,粉刷工人站在离 墙壁某一距离处缓缓上推涂料滚,使撑杆与墙壁 间的夹角越来越小,该过程中撑杆对涂料滚的推 力为F1,涂料滚对墙壁的压力为F2,下列说法正确 的是 ( ) A. F1、F2均减小 B. F1、F2均增大 C. F1减小,F2增大 D. F1增大,F2减小
解题指导
F
审题要点 解题技巧
斜面对物体的作用力 是斜面对物体的支持 力与摩擦力的合力
图解法
G
F斜对物
拓展1、 如图所示,轻绳的一端系在质量为m的物体 上,另一端系在轻质圆环上,圆环套在粗糙水平杆 MN上,先用水平力F拉绳上一点,使物体处于图中实 线位置,然后改变F的大小使其缓慢下降到图中虚线 位置,圆环仍在原来的位置不动,则在这一过程中, 水平力F、环与杆的摩擦力F摩和环对杆的压力FN的变 化情况是( ) A.F逐渐增大,F摩保持不变,FN逐渐增大 B.F逐渐增大,F摩逐渐增大,FN保持不变 C.F逐渐减小,F摩逐渐增大, FN逐渐减小 D.F逐渐减小,F摩逐渐减小, FN保持不变
F
F合
A
θ
G
N
B
θ
O P
拓展1、如图所示,将一根不能伸长、柔软的轻 绳两端分别系于A、B两点上,一物体用动滑轮 悬挂在绳子上,达到平衡时,两段绳子间的夹 角为θ1,绳子张力为F1;将绳子B端移至C点, 待整个系统达到平衡时,两段绳子间的夹角为 θ2,绳子张力为F2;将绳子B端移至D点,待整 个系统达到平衡时,两段绳子间的夹角为θ3, 绳子张力为F3,不计摩擦,则 ( ) A.θ1=θ2=θ3 B.θ1=θ2<θ3 C.F1>F2>F3 D.F1=F2<F3
如图所示,当 FT 方向与斜面平行时,FT 最小,所以 FT 先减小后增大,FN 一直增大,只有选项 D 正确.
图13
G
例题5
在一个光滑斜面 a 上,用一个可绕 O 点自由转 动的光滑轻板b夹住一个质量为m的圆球,ab之间 的夹角为θ,如图2-1所示.当球保持
静止时,球对斜坡a的压力为N a ,球对轻板b的压力的N b .现将b板绕O逆时 针缓慢转动( 随时保持m球静止) ,那么N a 和N b 的变化情况是 A.N a 不断变小;N b 不断变大 B.N a 不断变大;N b 不断变小 C.N b先逐渐变小,再逐渐变 大;Na不断变小
拓展2、 A、B、C三个物体通过细线和光滑 的滑轮相连,处于静止状态,如图所示,C 是一箱砂子,砂子和箱的重力都等于G,动 滑轮的质量不计,打开箱子下端开口,使砂 子均匀流出,经过时间t0流完,则下图中哪 个图线表示在这过程中桌面对物体B的摩擦 力f随时间的变化关系( )
拓展: 如图所示,重物G用OA和OB两段等长的 绳子悬挂在半圆弧的架子上,B点固定不动, A端由顶点C沿圆弧向D移动,在此过程中,绳 子OA上的张力将:( ) A.由大变小 B.由小变大 C.先减小后增大 D.先增大后减小
2.(2013· 天津· 5)如图 13 所示,小球用细绳系住,绳的另一端固定于 O 点.现用水平力 F 缓慢推动斜面体,小球在斜面上无摩擦地滑动, 细绳始终处于直线状态,当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水 平,此过程中斜面对小球的支持力 FN 以及绳对小球的拉力 FT 的变 化情况是(
D
)Leabharlann A.FN 保持不变,FT 不断增大 B.FN 不断增大,FT 不断减小 C.FN 保持不变,FT 先增大后减小 D.FN 不断增大,FT 先减小后增大
答案:C
拓展2、如图所示,A、B两物体的质量分别为 mA、mB,且mA>mB,整个系统处于静止状态滑 轮的质量和一切摩擦均不计,如果绳一端由Q点 缓慢地向左移到P点,整个系统重新平衡后,物 体A的高度和两滑轮间绳与水平方向的夹角θ变 化情况是( ) A. 物体A的高度升高,θ角变大 B. 物体A的高度降低,θ角变小 C. 物体A的高度升高,θ角不变 D. 物体A的高度不变,θ角变小