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物理难点:力的封闭三角形法则使用

导读: 学生问题:王老师您好,看了您关于高中物理教学的文章感觉收益很多,课下我也一直在用物理自诊断学习系统学习。 目前,我们学校已经学完了高一物理必修1所有内容,有一个知识点,我不是很清晰,什么时候用力的封闭三角形法则解题呢? 一般不都是用正交分解法吗?大部分情况下老师都在说正交分解法,有的时候突然

  学生问题:王老师您好,看了您关于高中物理教学的文章感觉收益很多,课下我也一直在用物理自诊断学习系统学习。

  目前,我们学校已经学完了高一物理必修1所有内容,有一个知识点,我不是很清晰,什么时候用力的封闭三角形法则解题呢?

  一般不都是用正交分解法吗?大部分情况下老师都在说正交分解法,有的时候突然就来个力的封闭三角形法则。

  考试中,我遇到受力分析的问题,我到底选择哪个,有什么依据吗?

  王尚老师:物体在几个共点力作用下处于静止状态(或匀速直线运动状态),作用在物体上的这几个力的合力为零。这一点可以通过牛顿第二定律佐证。

  若物体在三个共点力的作用下处于静止状态(或匀速直线运动状态),那么这三个力的合力必为零,此时可运用三角形法则进行分析与求解。王尚提醒同学们要注意是两个前提条件:受力平衡+只有三个力。

  力的三角形法则定义

  三个共点力的合力为零时,若用平行四边形定则求出任意两力的合力,这个合力将代替原来的两个力,这样,三力平衡问题就变成了二力平衡问题,合力与第三个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。

  若将表示三个力的矢量平行移动,使其依次首尾相接,不难得出这三个力将构成一个封闭的三角形。这就是求解与分析三个共点力平衡问题的三角形法则,源于力的平行四边形法则。运用三角形法则作出表示力矢量的三角形后,这时我们可利用力的封闭三角形的知识与方法来进行分析与求解。

  如图1所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m1和m2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为α=60°。则小球的质量比m2/m1为

  A.

  B.

  C.

  D.

  解析:选碗中的小球m1为研究对象,如图2所示,由于碗的内表面光滑,它受竖直向下的重力mg、从m1(质点)指向球心O的支持力N(弹力)、沿细线斜向上的拉力T(弹力)三个力的作用而处于静止状态,由力的平衡条件可知,它们的合力为零,故将表示这三个力的矢量平行移动依次首尾相接,将构成封闭三角形,如图3所示。由正弦定理有:

  ,由于碗边缘光滑,相当于定滑轮,故有:

  。解两式得:

  。本题选A。

  该题也可以用正交分解来做,不过相对而言,计算量略大一些。(文/王尚)

  作者:王尚;北京西城物理教师,高中物理网力学组主编。

  原文地址http://blog.gaozhongwuli.com/37797

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