高中物理動態力學平衡狀態下解題方法

2020-12-27 老何愛發明

高中物理動態力學解題方法之基礎知識

欲善其事,而必先利其器。首先我們在講解動態力學解題方法之前,先看一下解決動態力學問題,我們需要哪些基礎的知識。

隱含條件

當我們的題目中出現緩慢等一類詞語時,我們可以將物體或系統的運動看成一種平衡狀態。雖然物體在動,但是物體運動相當緩慢的時候,我們可以近似地將物體看成是合外力不變的運動。

解題策略

對於動態力學的平衡問題,我們解題的時候主要圍繞著一個公式,即物體的合外力等於零。然而。動態力學的問題,我們往往的不去定量的計算,而去做定性的分析。例如當一個力變化時,其他的力怎麼變化?

追本溯源

既然提到力,我們不得不說一下力的三要素和他的表示方法。力的三要素分別為力的大小,方向和作用點。力的表示方法我們主要提一下力的圖示法。這些知識都是在我們剛剛接觸到力的時候所學習的最基礎的知識。然而這些最基礎的知識往往會被同學們忽略掉,卻不知這些基礎知識。也是我們以後出題的關鍵點。力的計算方法,我們也只涉及到兩種,一種為平行四邊形法,另一種為正交分解法。

如下圖的總結

這些基礎的知識可以幫助我們很容易的去解決力學問題。下面我來給大家分析一下這些最基礎的知識,究竟對我們做題有什麼幫助呢?首先力的三要素為大小,方向和作用點告訴了我們力是一個矢量,也就是我們數學中所學的向量問題。其次,力的表示方法及圖示法告訴了我們可以用一個線段的長短去表示力的大小。在這裡一定要注意,我們可以用線段的長短去表示力的大小就像我們在數學中可以用線段的長短去表示長度一樣。只不過單位從釐米換成了牛頓,其計算方法是不變的。力的計算方法分為平行四邊形法和正交分解法的目的就是為了讓我們可以更加方便的去計算力的大小。而且也非常明確的分為了三個力以及多個力時,我們如何去計算力的大小。

那麼我們為什麼要應用平行四邊形法或正交分解法去計算力呢?其主要原因是因為力是一個矢量,如果多個矢量在同一直線上,那麼我們就可以直接將這些力相加減去求它的合外力。然而我們平時所遇到的力並不是都在同一直線上,當力不在同一直線上時,我們就要想方法讓他在同一直線上。而恰恰正交分解法裡邊,它的直角坐標系x軸和y軸全都為直線,當我們將力應用平行四邊形法分解到這些坐標軸上以後,力就變成了在同一直線上的力。我不知道這樣說大家能不能聽得懂?這就是一個非常簡單的問題,我們想解決一個矢量計算的時候,就必須想方法讓他們在一直線上。

典例講解

很多同學當拿到這道題以後並不知道該怎麼去辦,下面我就給出大家一個非常詳細的思維過程,記住是思維過程,而不是如何去做這道題。

當然了,什麼都不用說,當我拿到這道題以後肯定先去讀題。當我讀完題以後,首先我就注意到了最重要的一點,就是緩慢這個詞語。既然是在考察我力的問題,出現了緩慢的時候,我就可以直接將這道題定義為動態力學平衡問題。然後當我讀到了題目中給了我兩個固定的幾何距離。我不由自主的就想到了三角形的相似。為什麼?因為圖示法告訴我們,力也可以用線段的長短去表示力的大小的。那我為何不可以忽略單位,而直接去將力也看成長度呢。

動態平衡問題,只考慮定性分析,不去計算它的大小。所以這道題很顯然答案就出來了。

什麼都不管,直接進行受力分析。自由杆的支持力,或拉力方向應該是沿杆的。這一點基礎知識應該是明確的吧。所以做出來的受力分析圖如下圖所示。

那有了這個受力分析圖,那麼接下來同學們,你們就請自己找一下,哪兩個三角形相似,然後依據三角形相似去列出這個方程吧!

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