物体处于静止状态时有共点力或合力矩为零的条件 , 一般容易分析 。若物体在原有状态的基础上 , 由于某些条件发生变化 , 又处于另一种静止状态 , 由此引起其它物理量(比如力的大小、方向等)发生变化 。判断这些物理量变化的情况是经常遇到的 。在分析这样问题时 , 关键要抓住哪些量变化 , 哪些量不变化 。下面举几个常用的方法:
(1)极端法:
找出发生变化的极端位置或特殊位置 , 分析物理量的变化趋势 , 从而判断整体的变化趋势 。
例1:半径为r , 重量为G的圆球 , 用长为L的细绳挂在光滑的墙壁上 , 当绳长L增大时 , 绳子的拉力T和墙壁的弹力N如何变化?
解:设想极端位置:L若变化为无穷大 ,
文章插图
例1
则相当于绳直接挂着球 , 这时T=mg , N=0
∴ 当绳长增大时 , T、N均减小 。
(2)函数法:
用不变化的物理写出所求物理量随变化物理量(或是角度、长度等数学量)的函数表达式y=f(x) , 从而看出物理量随变量如何变化 。
例1中的不变量为球的重量G , 设绳与竖直墙壁的夹角为θ(为变量) , 根据物理规律----共点力合力为零 则:可以得出函数式:
T=G/cosθ N=Gtgθ
当L增大时 , θ变小 , ∴cosθ-->大 , tgθ-->小 , 而G不变
由此得出:T变小 , N变小 。
例2 在一块长木板上放一个质量为m的铁块 , 它们之间的摩擦系数为μ , 木板放在水平地面上 。若A端固定 , 缓慢地抬起木板的B端 , 问在木板的倾角θ增大的过程中 , 铁块受的摩擦力将如何变化?
文章插图
例2
分析:
【物体平衡辐射的能量等于 物体平衡】 开始θ角较小时 , 铁块受的是静摩擦力 , 木板缓慢转动可认为铁块为平衡状态 ,
则有f1= mgsinθ
当θ角增大到某一数值时 , 铁块开始滑动 , 受的是滑动摩擦力 , 则有
f2=μN=μmgcosθ
从以上的两种摩擦力的表达式上可看出f1随θ的增大而增大 , 达到一最大值后 , f2又随θ的增大而减小 , 当θ为90°(即竖直时) 时 , f2为零 。
此过程可画出下面函数图表示变化情况 。
文章插图
例2函数变化
(3)几何图形法
当物体处于三个共点力平衡时 , 三个共点力的大小、方向要符合平行四边形法则 , 当这个平行四边形的对角线(即合力)大小、方向不变时 , 用图形中的几何关系分析其它量变化的方法就是几何图形法 。这种方法尤其是在函数式不易写出或分析遇到困难时 , 更显示出优越性 。
例1 中的T、N的合力与G大小相等方向相反即为平行四边形的对角线不变 ,
当绳子变长时 , N的方向也不变 , 可做出T’、N’的平行四边形对角线与原来一样 ,
从图形上可明显看出T’、N’比T、N短 ,
即 T’<T N’<N 。
文章插图
例1受力图
例3 光滑斜面与水平面的夹角是а , 在斜面上放一个质量为m的圆球 , 再用光滑平板A挡住 , 现在缓慢地改变板A与斜面的夹角θ时 , 什么位置 A板对球的作用力最小?最小力为多少?
文章插图
例3
分析:
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