1、第 1 页 共 8 页求解共点力平衡问题的常见方法共点力平衡问题，涉及力的概念、受力分析、力的合成与分解、列方程运算等多方面数学、物理知识和能力的应用，是高考中的热点。对于刚入学的高一新生来说，这个部分是一大难点。一、力的合成法 物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等，方向相反; 1.（2008 年广东卷）如图所示，质量为 m 的物体悬挂在轻质支架上，斜梁 OB 与竖直方向的夹角为 (A、B 点可以自由转动)。设水平横梁 OA 和斜梁 OB 作用于 O 点的弹力分别为 F1 和 F2，以下结果正确的是（ ） A.F1=mgsin B.F1= singqC
2、.F2=mgcos D.F2= cosmgq二、力的分解法 在实际问题中，一般根据力产生的实际作用效果分解。2、如图所示，在倾角为 的斜面上，放一质量为 m 的光滑小球，球被竖直的木板挡住，则球对挡板的压力和球对斜面的压力分别是多少？3如图所示，质量为 m 的球放在倾角为 的光滑斜面上，试分析挡板 AO 与斜面间的倾角 多大时，AO 所受压力最小。三、正交分解法 解多个共点力作用下物体平衡问题的方法物体受到三个或三个以上力的作用时，常用正交分解法列平衡方程求解: 0xF合 , y合 .为方便计算，建立坐标系时以尽可能多的力落在坐标轴上为原则.第 2 页 共 8 页4、如图所示，重力为 500N
3、 的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重 200N 的物体，当绳与水平面成60角时，物体静止。不计滑轮与绳的摩擦，求地面对人的支持力和摩擦力。四、相似三角形法 根据平衡条件并结合力的合成与分解的方法，把三个平衡力转化为三角形的三条边，利用力的三角形与空间的三角形的相似规律求解.5、 固定在水平面上的光滑半球半径为 R，球心 0 的正上方 C 处固定一个小定滑轮，细线一端拴一小球置于半球面上 A 点，另一端绕过定滑轮，如图 5 所示，现将小球缓慢地从 A 点拉向 B 点，则此过程中小球对半球的压力大小 、细线的拉力大小 的变化情况是 ( )NFTFA、 不变、 不变 B. 不变、 变大TNTC， 不变、
4、 变小 D. 变大、 变小N6、两根长度相等的轻绳下端悬挂一质量为 m 物体，上端分别固定在天花板 M、N 两点，M、N 之间距离为 S，如图所示。已知两绳所能承受的最大拉力均为 T，则每根绳长度不得短于_ 。五、用图解法处理动态平衡问题对受三力作用而平衡的物体，将力矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的封闭力三角形，进而处理物体平衡问题的方法叫三角形法;力三角形法在处理动态平衡问题时方便、直观，容易判断.7、如图 4 甲，细绳 AO、BO 等长且共同悬一物，A 点固定不动，在手持 B 点沿圆弧向 C 点缓慢移动过程中，绳 BO 的张力将 ( )A、不断变大 B、不断变小C、先变大再变小 D、
5、先变小再变大六矢量三角形在力的静态平衡问题中的应用若物体受到三个力（不只三个力时可以先合成三个力）的作用而处于平衡状态，则这三个力一定能构成一个力的矢量三角形。三角形三边的长度对应三个力的大小，夹角确定各力的方向。第 3 页 共 8 页8如图所示，光滑的小球静止在斜面和木版之间，已知球重为 G，斜面的倾角为 ，求下列情况下小球对斜面和挡板的压力？（1） 、挡板竖直放置（2） 、挡板与斜面垂直七、对称法研究对象所受力若具有对称性，则求解时可把较复杂的运算转化为较简单的运算，或者将复杂的图形转化为直观而简单的图形.所以在分析问题时，首先应明确物体受力是否具有对称性.9、如图10甲所示，重为G的均匀
6、链条挂在等高的两钩上，链条悬挂处与水平方向成 角，试求;(1)链条两端的张力大小.(2)链条最低处的张力大小.八、整体法与隔离法通常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（各部分）间相互作用时，用隔离法解题中应遵循“先整体、后隔离”的原则。10、有一直角支架 AOB，AO 水平放置，表面粗糙，OB 竖直向下，表面光滑，AO 上套有小环P，OB 上套有小环 Q，两环质量均为 m，两环间由一根质量可忽略，不何伸长的细绳相连，并在某一位置平衡，如图所示，现将 P 环向左移一小段距离，两环再将达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO 杆对 P 环的支持力 和细绳拉力
7、的变化情况是：（ ）NFTA、 不变、 变大 B、 不变、 变小NFTC、 变大、 变大 D、 变大、 变小T11、在粗糙水平面上有一个三角形木块 a，在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为 m1 和 m2 的两个木块 b 和 c，如图所示，已知 m1m 2，三木块均处于静止，则粗糙地面对于三角形木块（ ） A有摩擦力作用，摩擦力的方向水平向右B有摩擦力作用，摩擦力的方向水平向左b cam1m2 第 4 页 共 8 页C有摩擦力作用，但摩擦力的方向不能确定 D没有摩擦力的作用九、正弦定理法 正弦定理:在同一个三角形中，三角形的边长与所对角的正弦比值相等;在中有 同样，在力的三角形中也满足上sini
8、sinABCAB述关系，即力的大小与所对角的正弦比值相等.12、不可伸长的轻细绳AO、BO的结点为0，在0点悬吊电灯L，OA绳处于水平，电灯L静止,如图所示，保持0点位置不变，改变OA的长度使A点逐渐上升至C点，在此过程中绳OA的拉力大小如何变化?十拉密原理法拉密原理:如果在三个共点力作用下物体处于平衡状态，那么各力的大小分别与另外两个力所夹角的正弦成正比.在图8所示情况下，原理表达式为 312sinisinFF13、 如图9甲所示装置，两根细绳拉住一个小球，保持两绳之间夹角 不变;若把整个装置顺时针缓慢转动 ，则在转动过程中，CA绳拉力 大091TF小的变化情况是 ，CB绳拉力 大小的变化情
9、况是 .2TF十一.解析法：求共点力作用下物体平衡的极值问题的方法根据物体的平衡条件列方程，在解方程时采用数学知识求极值。通常我们会用到的数学知识有：二次函数极值、均分定理求极值、讨论分式极值、三角函数极值以及几何法求极值14、重为 G 的木块与水平地面间的动摩擦因数为 ，一人欲用最小的力 F 使得木块做匀速运动，则此最小作用力的大小和方向如何？第 5 页 共 8 页N1N2，N2N1，mg第三章 相互作用专题练习（一）参考答案求解共点力平衡问题的常见方法1.【解析】根据三力平衡特点，任意两个力的合力与第三个力等大反向，可作出如图所示矢量图，由三角形知识可得 F1=mgtan,F2=mg/co
10、s,故D 正确,A、B、C 错误。2.【解析】小球受到重力 mg、斜面的支持力 N1、竖直木板的支持力 N2 的作用.将重力 mg 沿N1、N 2 反方向进行分解，分解为 N1， 、N 2， ，如图所示.由平衡条件得：N 1= N1， =mg/cos N2= N2， =mgtan.3. 【解析】当挡板与斜面的夹角 由图示位置变化时，F N1 大小改变，但方向不变，始终与斜面垂直；F N2 的大小、方向均改变（图中画出一系列虚线表示变化的 FN2） 。由图可看出，当 FN2 与FN1 垂直即 =90时，挡板 AO 所受压力最小，最小压力 FN2min=mgsin。4、 【解析】人和重物静止，所受
11、合力皆为零，对物分析得到，绳拉力F 等于物重 200N；人受四个力作用，将绳的拉力分解，即可求解。如图所示，将绳的拉力分解得水平分力：Fx=Fcos60=200 N=100N竖直分力：Fy=Fsin60=200 N =100 N在 x 轴上，F与 Fx 二力平衡，所以静摩擦力 F=Fx =100N第 6 页 共 8 页GN2N1GN2N1GN1N2GN2N1在 y 轴上，三力平衡得地面对人支持力 FN =GFy =（500100 ）N=100（5 ）N 5、解析 小球受力如图5乙所示，根据平衡条件知，小球所受支持力 和细线拉力 的合力NFT跟重力是一对平衡力，即 .根据几何关系知，力三角形 与
12、几何三角形 相似.FGACOA设滑轮到半球顶点B的距离为h,线长AC为L，则有 ,由于小球从A点移向B点的过NTGRhL程中， 均不变, 减小，故 大小不变， 减小.所以正确答案为C选项.GRh、 、 LNFT6、分析：绳子越短，两条绳夹角越大，绳子张力越大。对图 3 作辅助线 OEMN，对 D 点受力分析如图所示， DBCONE，有 ，其中 ， ，则7、解析 选 0 点为研究对象，受 、 、 三力作用而平衡,此三力构成一封FAB闭的动态三角形如图 4 乙.容易看出，当 与 垂直即 时， 取最09BF小值，所以 D 选项正确.8、分析与解答：小球受力如图所示，小球在重力、斜面的支持力和挡板的支
13、持力三个力共同的作用下处于平衡状态，因其中两力之和恰好与第三力大小相等方向相反，故这三个力可构成力的三角形，由矢量三角形的边角关系可知：当挡板竖直放置时： N1=Gtg N2=G/cos当挡板与斜面垂直放置时：N 1=Gsin N2=Gcos这样比我们建立直角坐标，再利用正交分解法来求解就简单多了。第 7 页 共 8 页9、解析 (1)在求链条两端的张力时，可把链条当做一个质点处理.两边受力具有对称性使两端点的张力F大小相等，受力分析如图10乙所示.取链条整体为质点研究对象.由平衡条件得竖直方向，所以端点张力为2sin=GGF=2sin(2)在求链条最低点张力时，可将链条一分为二，取一半研究，
14、受力分析如图10丙所示，由平衡条件得水平方向所受力为即为所求.coscost2in2GF10、解析 采取先“整体”后“隔离”的方法.以 P、Q、绳为整体研究对象，受重力、AO 给的向上弹力、OB 给的水平向左弹力.由整体处于平衡状态知 AO 给 P 向右静摩擦力与 OB 给的水平向左弹力大小相等;AO 给的竖直向上弹力与整体重力大小相等.当 P 环左移一段距离后，整体重力不变，AO 给的竖直向上弹力也不变.再以 Q 环为隔离研究对象，受力如图 3 乙所示，Q 环所受重力 G、OB 给 Q 弹力 F、绳的拉力 处于平衡 ,P 环向左移动一小段距离的同时 移至 位置，仍能平TFT衡，即 竖直分量与
15、 G 大小相等， 应变小，所以正确答案为 B 选项.TF11、 【解析】由于三物体均静止，故可将三物体视为一个物体，它静止于水平面上，必无摩擦力作用，故选 D12、解析 取0点为研究对象，0点受灯的拉力F(大小等于电灯重力G)、OA绳的拉力 、OB绳的拉力 ,如图7乙所示.因为三力平衡，所以 、 的合力1T2T1T2与 等大反向.由正弦定理得 ,即 ,由图知 不变,G1siniG1sin由小变大, 增大到 后再减小，所以据 式知 先变小后变大，当09时， 有最小值.091T第 8 页 共 8 页13、解析 在整个装置缓慢转动的过程中，可以认为小球在每一位置都是平衡的.小球受到三个力的作用，如图
16、9乙所示，根据拉密原理有 ,由于 不变, 由 逐渐变12sinisinTFG09为 ， 会逐渐变小直到为零，所以 逐渐变小直到为零;由于 由钝角变为锐角，018sin2T 先变大后变小，所以 先变大后变小.i1TF14、 【解析】：解析法。木块在运动中受到摩擦力的作用，要减小摩擦力，应当使作用力 F 斜向上与水平方向的夹角为 时，F 的值最小。木块受力分析如图所示，由平衡条件可知：F cos f N=0，F sin +fNG=0 ，解得：F=G/cos+sin 令 tan=，sin=/ （21） ，cos=1/（21） ，cos+sin=（ ） （coscos+ sin sin）= （ ）cos（） ，可见，当 =arctan 时，F 有最小值为 Fmin=G/（21）
