下成立,即物理知识都是条件化的知识。
例5、在两个共点的合成实验中,如图所示,用A、B两弹簧秤拉橡皮条的结点D,使其位于E处,α+β=90°,然后保持A的读数不变,当角α由图示位置逐渐减小时,欲使结点仍在E处,可采用的方法是:
A、增大B的读数,减小β角; B、减小B的读数,减小β角; B、 减小B的读数,增大β角; D、增大B的读数,增大β角。
解:结点仍在E处,即两弹簧秤的拉力的合力不变,以F为不变矢量,
作出初态的矢量图合成图;然后根据A的读数不变,α减小的条件,以E为圆心,EA =F1为半径画圆弧,再作平行四边形,对角线仍为原来的长度和方向。从图可知:B弹簧秤的读数变小,角度β也减小。正确选项为B。
解析:如图所示。①设初始状态为EA方向,左边弹簧秤读数不变,减小夹角α当矢量F1转到EB方向时,F2减小,β角增大;转到EC方向时,F2减小,但β不变;转到ED方向时,F2减小,β也减小。
结论:F2总是减小,但β角有两种可能,一种是增大,一种减小。 例、如图所示,电灯悬挂于两墙壁之间,更换水平绳OA使结点A向上移动而保持O点的位置不变,则A点向上移动时:
A、 绳OA的拉力逐渐增大; B、绳OA的拉力逐渐减小; C、绳OA的拉力先增大后减小; D、绳OA的拉力先减小后增大。 解:见右下图,前面几例是将某一个恒力进行分解,本题的作法是根据三个共点力平衡条件的推论:任意两个力的合力跟第三个力等值反向。将恒力反向延长,以R= mg作为F1、F2的合力,并以此为固定的对角线作图。从作图可得:绳OA的拉
力先增大后减小,另一根方向不变的拉绳的拉力一直减小。所以,选择D。
(7)、三力平衡的解法
物体受三个力而平衡的问题,解法较多,通常情况可以转化为直角三角形、棱形、或相似三角形。有的四力平衡也可以转化为三力平衡进行处理,如支持力与滑动摩擦力合成为一个力的情况。
例1、轻绳OA与轻杆OB的A、B端固定在墙上,O点下悬挂一个质量为10kg的物体。∠ABO=90°,∠AOB =30°,当物体静止时,求:⑴OA绳对O点的拉力?⑵OB杆对O点的作用力?(g=10N/kg).
解法一:正交分解法。见图,由共点力平衡条件,在x轴上:T cos30°=FN
y轴上:Tsin30°=mg .解两式得:T =2mg = 200N,FN = mgctg 30° = 1003/3(N)
解法二:利用“任意两个力的合力跟第三力等值反向”作图求解,如图所示。
作图:反思延长重力作用线,取R = mg,以R为对角线,T和FN为邻边完成平行四边形。平行四边形由两个直角三角形组成,从图可知:
T = R/sin30°= 2R =2mg, FN =R ctg30°=Rmgctg30°。
解法三:由正弦定理的变形得:
FNmgT??,sin150°=sin(180°—30°) ???sin150sin120sin90= sin30°, sin120° = sin(180°—60°) = sin60° = cos30°, ∴ T = 2 mg, FN = mgctg30°.
解法四:利用杠杆平衡原理(力矩平衡条件) 如图所示,作BD⊥AO ,BD为细线拉力T的力臂,拉力的力臂为BO =L,轻杆,不计重力,杠杆BO平衡。以B点为支点,所以有:F L = TL1= Tlsin30°, F =mg, ∴ T =2mg。
把整个三角形AOB作为一个杠杆,以A点为支点,则有FN AB = FL , FN Ltg30° = mg L , ∴ FN= mgctg30°.
注意:①轻杆BO两端受力,称为二力杆,所以,对杆的作用力一定沿杆的方向,墙对杆的作用力FN 跟杆对O点的作用力大小相等,所以没有用不同字母区别。
② 直杆如果有自重(例如均匀杆,隐含受重力)则不成为二力杆,其受力不沿杆的方向。本题如果杆不是轻杆,则方法四可能不成立。
解法五:应用力的分解——研究对象为竖直绳对O点的拉力F,将F沿AO方向和OB方向分解为F1和F2。
F1 = T = mgsin30° =2mg, F2= FN = mgctg30°
例2、如图所示,轻绳的A端固定在天花板上,B端系一重为G的小球,小球静止在固定的光滑大球表面上,已知AB绳长L,大球半径为R,天花板到大球顶点的竖直距离AC=d ,∠ABO > 90°。则绳中张力大小为________,大球对小球的支持力大小为______(小球直径忽略不计)
解法六:应用相似三角形知识求解。小球受力三个:mg, T, FN,如图所示。 反向延长AB,作重力mg与支持力FN的合力F。根据平衡条件,有F = T 。 从阴影所示的力三角形与空间三角形ABC相似,所以:
FLmgFmg, ?N?,∴T = F =
R?dd?RRLFN =
Rmg R?d反思:①在三力平衡问题中,如果题中的已知条件有几
个边长的数据或字母,可能要利用相似三角形的性质列式求解。如果已知的是角度,一般不会利用相似三角形的性质求解,多数可化为直角三角形或棱形的对角线公式求解。②如果减小绳长L,拉力T也随之减小,在小球缓慢移动到大球顶点C之前,大球对小球的支持力FN的大小保持不变。③如果用一颗光滑钉子挂住绳子,绳子两端分另系一小球m1, m2,两球仍放在大球面上,整个系统处于静止状态,利用上面的结论,可以很快求出两球的质量比跟绳子长度L成反比。
五、研究成果与分析
立题以来,学校在课题研究过程中,力求做到“四个强化”, 实现“五个突破”、“二个转变”。“四个强化”:即强化思建设,强化教师培训,强化课堂实践,强化物理规律总结。“五个突破”:即从教学的现状上去突破,从教学理念上去突破,从教学方法的选择上去突破,从教学方式的改革上去突破, 从实践操作上去突破。“六个转变”:即变传统的传授式为促进学生发展的探究式、互动式;变传统的一支粉笔一本教材的课堂为以学生为主体的中心地位,以发展为中心的新型课堂。
六、结论与思考
通过对这次课题的研究,提高了我校物理组全体同志的整体素质和业务水平,主要是部分同志的努力,为物理组所有同志做了一个榜样,总结出了物理学中有关静力学问题的一些基本概念,基本规律和基本的解题方法,为提高我校物理科的教学成绩打下了坚实的基础。也为学生的学习开阔了思路。今后应多让老师学生参与这方面的课题研究,以便更好地提高教学效益。
七、存在问题与后续研究 1、存在问题:
(1)高中物理做为学生较难学的一门课,学生掌握有关知识还存在困难。 (2)在物理教学方面应注意培养学生的学习兴趣。 2、后续研究
(1)后续研究重点:把总结出的规律应用于实际的物教学; (2)后续研究目标:
——增强学生老师的知识,开拓思路。 ——把快乐式教学用于物理课堂之中。
——增加与各科之间的联系,提高课学堂教学效益。 八、课题组成员 姓名 薛忠敏 出生年月 1966 6 职称 中学一级 在本课题研究中承担的任务 (集备组长) 组织实施,并具体执行课题研究工作。拟定开题报告,撰写课题经题验总结 雷永红 程红森 高掁东
九、参考文献和资料 1、物理学史 2、静力学
1979.6 1981.7 1978.6 中学二级 中学二级 中学二级 课题具体实施者 课题具体实施者 课题具体实施者