巧解物体动态平衡

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  在高中物理学习之中,对于物体的受力显得尤为重要,它不仅在力与运动之中应用广泛,而且在后面学习的电场,磁场之中的应用也十分的广泛。高中物理基本上就是依靠受力把知识联系起来的,所以说,我们一定要把物体的受力分析学好,学习透彻,这样才能为高中的物理学习打下一个坚实的基础。受力分析是高中物理的重难点,在这之中有很多的难题。但是不要害怕,只要你掌握住正确的方法,那么难题就会迎刃而解。
  这道例题如果按照常规的方法进行受力分析,根据平衡条件判断物体的受力变化,从而得到正确的选项。但是这道题如果我们应用常规的方法,便会无从下手,因为两个拉力的方向都一直在改变,无法确定。大家都知道在同一地点,重力加速度g相同,那么同一地点的重力大小和方向是恒定不变的。因此我们要利用重力不变以及物体的平衡状态来巧妙解题,当然这种方法需要我们有一个好的洞察能力和一个好的作图能力。下面我们就用一种巧妙的方法来解决这类的难题。
  第一步,我们需要找到重力的对应边,即方向为竖直方向,长度始终不变的边;
  第二步,根据第一步所找出的重力对应边的两个端点分别作两个力的平行线;
  第三步,选取两个或三个点进行第二步操作。
  例1:如右图所示,绝缘轻绳OD一端固定在高压电线杆塔上的O点,另一端固定在兜篮上。另一绝缘轻绳跨过固定在杆塔上的C点的定滑轮,一端连接兜篮,另一端有工人控制。身穿屏蔽服的王进在兜篮里,缓慢地从C点运动的处于O点正下方的E点的电缆处。绳OD一直处于伸直状态,兜篮、王进以及携带的设备总质量为m,不计一切阻力,重力加速度的大小为g,关于王进从C点到E点的过程中,下列说法正确的是
  A.工人对绳的拉力逐渐变大
  B.工人对绳的拉力逐渐变小
  C.绳OD的拉力一直不变
  D.绳OD的拉力越来越大
  第一步,找出重力对应边OE;
  第二步,连接OD,过点E作CD的平行线交OD于点B,OB的长度代表绳OD拉力的大小,EB的长度代表绳CD的拉力大小;
  第三步,取D点左下方的F点,重复第二步操作,得出力的变化。
  图示我们可以得到,工人对绳的拉力CD逐渐变小,绳OD的拉力越来越大,我们就可以得出正确的选项BD。
  例2:滑板是体现时尚运动精神的运动,如图,固定在地面上的轨道AO为竖直平面内的四分之一圆弧赛道,一滑板运动员从赛道边缘A点向下缓慢运动至B点,该过程中人和滑板始终处于平衡状态,滑板运动员与圆弧赛道间的动摩擦因数是变化的,则在滑板下滑过程中,下列说法正确的是
  A.下滑过程中支持力逐渐增大
  B.下滑过程中支持力先增大后减小
  C.下滑过程中滑动摩擦力逐渐减小
  D.下滑过程中动摩擦因数逐渐减小
  这道题常规的方法分析也无从下手。但我们如果应用上一題的方法,难点就很快突破了。
  第一步,我们找到重力的对应边BO;
  第二步,连接BC,作点C的切线,过点O作切线的平行线,交BC于点E,BE则代表支持力的大小,OE则代表摩擦力的大小;
  第三步,取右下方的D点进行第二步操作,判断力的变化。
  图示我们可以得出支持力逐渐增大,滑动摩擦力逐渐减小,动摩擦因数=滑动摩擦力/支持力,所以动摩擦因数逐渐减小,从而得到正确的选项ACD。
  在今年的理综试题(2017年全国Ⅰ卷)之中的物理部分的最后一道压轴选择题难道了许多的考生,其实这样的难题用常规的方法分析很难分析出来得到正确的答案,当然解决它这样的题有许的多方法,以下的解题方法只是众多的解题方法之中的一种,应用这种方法我们可以在短时间内对该题做出正确的判断。
  如图,柔软轻绳ON的一端O固定,其中某点M栓一重物,用手拉住绳的另一端N。初始时,OM数值且MN被拉直,OM与MN之间的夹角为α(α>90°)。现将重物向右上方缓缓拉起,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
  第一步,找出重力对应边OM的长度,初始状态时我们可以知道绳OM的拉力等于小球重力;
  第二步,小球到B位置时,过点M作AB的平行线交OB的延长线于点E,ME的长度代表绳MN拉力的大小,OE的长度代表绳OM的拉力大小;
  第三步,取小球到D位置时重复第二步操作。
  图示我们可以得到,OM绳的拉力先增大后减小,MN绳的拉力一直增大。这样分析压轴的高考选择题就轻而易举的解决了。
  (作者单位:河北省南和县第一中学高三(1班))
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