解三个共点力作用下物体平衡问题的常用方法有:
1、力的合成、分解法:
对于三力平衡问题,一般可根据“任意两个力的合成与第三个力等大反向”的关系,即利用平衡条件的“等值、反向”原理解答。
例1、如图1所示,一小球在纸面内来回振动,当绳OA和OB拉力相等时,摆线与竖直方向的夹角为( )
图1
A.15°
B.30°
升4d05科途a4ba55d0公316ef5e3方广的-软网司限东优4cff慧件技有元术学
C.45°
D.60°
解析:对O点进行受力分析,O点受到OA绳和OB绳的拉力FA和FB及小球通过绳子对O点的拉力F三个力的作用,在这三个力的作用下O点处于平衡状态,由“等值、反向”原理得,FA和FB的合力F合与F是等值反向的,由平行四边形定则,作出FA和FB的合力F合,如图2所示,由图可知,故答案是A。
图2
2、矢量三角形法:
物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时,这三个力的矢量箭头首尾相接,构成一个矢量三角形;反之,若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形,则这三个力的合成必为零,因此可利用三角形法,求得未知力。
例2、图3中重物的质量为m,轻细线AO和BO的A、B端是固定的。平衡时AO是水平的,BO与水平面的夹角为。AO的拉力
和BO的拉力
的大小是:( )
司升4d05广的网5b34-上东慧公316ef5e3方有智427085ce软科771ab7b3限件元术技途a4ba55d0402a学习是优4cff
图3
A.
B.
C.
D.
解析:因结点O受三力作用而平衡,且与mg垂直,所以三力应组成一个封闭的直角三角形,如图4所示,由直角三角形知识得:
,所以选项B、D正确。
图4
学习是公316ef5e3方广的-上软科771ab7b3元术慧优4cff8652网5b34技有智427085ce秀件的东司途a4ba55d0402a升4d059875限 3、正弦定理法:
三力平衡时,三个力可构成一封闭三角形,若由题设条件寻找到角度关系,则可用正弦定理列式求解。
例3、如图5(a)所示,质量为m的物体用一轻绳挂在水平轻杆BC的C端,B端用铰链连接,C点由轻绳AC系住,已知AC、BC夹角为,则轻绳AC上的张力和轻杆BC上的压力大小分别为多少?
图5
解析:选C点为研究对象,受力情况如图5(b)所示,由平衡条件和正弦定理可得
即得和
所以由牛顿第三定律知,轻绳AC上的张力大小为,轻杆BC上的压力大小为
。
4、三力汇交原理:
优4cff8652软技习学习是科771ab7b3司秀网5b34东有智427085ce秀升4d059875限公316ef5e3方途a4ba55d0402a-上9d1694d3慧件的元术459f广的 如果一个物体受到三个不平行外力的作用而平衡,这三个力的作用线必在同一平面上,而且必为共点力。
例4、如图6所示,两光滑板AO、BO与水平面夹角都是60°,一轻质细杆水平放在其间,用竖直向下的力F作用在轻杆中间,杆对两板的压力大小为____________。
图6
解析:选轻杆为研究对象,其受三个力而平衡,因此这三力必为共点力(汇交于O”),作出受力分析如图7所示。
图7
由图可知,FTA与FTB对称分布,所以,且这两力的夹角为120°,其合力F”应与F相等,以FTA,FTB为邻边构成的平行四边形为菱形,其性质为对角线垂直且平分,根据三角形知识,有
又因为
科771ab7b3a1f6限技习-上9d1694d34c37司秀慧东软优4cff8652公316ef5e3方网5b34广的件的径有智427085ce秀升4d059875径途a4ba55d0402a4f96元术459f学习是
所以