高中物理桿的平衡及受力問題學(xué)法指導(dǎo)

1、高中物理桿的平衡及受力問題在靜力學(xué)這一章里，有關(guān)桿的平衡及受力問題對于大多數(shù)同學(xué)來說，是學(xué)習(xí)中的一個 難點。下面分別對輕質(zhì)桿和非輕質(zhì)桿的平衡及受力問題加以探討。.輕桿模型的受力問題在共點力平衡的問題中，常常有“輕繩（繩重不計）、輕桿（桿重不計）及輕彈簧（彈 簧質(zhì)量不計）”的說法，我們要特別注意這些。其中，不少同學(xué)對輕桿的施力或受力有誤 解，認為輕桿所受的力或它施在別的物體上的力一定沿輕桿的方向，但事實并非如此。如 圖1所示，輕桿的一端可繞 O點轉(zhuǎn)動，另一端 A拴在一條水平的繩子上，有一重物掛在桿 的中點B上。對輕桿受力分析可知，輕桿受到繩拉力Fi、豎直繩子的拉力 T和地面對它的作用力F2,這三

2、個力形成共點力。從圖 2可以看出，輕桿兩頭的受力方向都不沿桿的方向。判斷輕桿所受的力是沿沿桿的方向的方法：如果輕桿除兩端以外不受與桿有夾角的外力的作用。也就是說，對于輕桿，如果只有 兩端受力，則桿兩端所受的一個力（或幾個力的合力）的方向必定沿桿的方向。例1如圖3所示，不計重力的輕桿 OP能以O(shè)點為圓心在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。 P端 掛一重物，另用一根輕繩通過滑輪系住端，在 F的作用下OP和豎直方向的夾角“緩慢增大 時（0a 兀），則兩繩對桿的作用力的大?。ǎ〢.恒定不變B.逐漸增大C.逐漸減小D.先增大后減小圖3解析 在本題中，輕桿只有兩端受力，所以輕桿在P點所受的Ti、T2的合力F一定沿桿的方

3、向。如4圖所示。圖4由三角形相似可知：G F 一- ，可得：F G。h Lh即本題的答案為Ao評析 解答本題，首先應(yīng)知道輕桿在 P點所受的Ti、T2的合力一定沿桿的方向，這是 解題的關(guān)鍵。在本題中如果合力 F不沿輕桿的方向，則輕桿在力 F力矩的作用下將發(fā)生轉(zhuǎn) 動，桿也就不可能處于平衡狀態(tài)了。.非輕質(zhì)桿的受力及平衡問題所謂非輕質(zhì)桿就是桿本身的重力不能忽略。在處理非輕質(zhì)桿的平衡問題時，一般采用 三力匯交原理和力矩的知識進行解答。所謂三力匯交原理就是一個物體如果受三個非平行 力作用而處于平衡狀態(tài)，則這三個力一定作用在物體的同一點或者這三個力的作用線一定 相交于同一點。非輕質(zhì)桿在三個非平行力作用下的平

4、衡問題是共點力平衡的典型模型之一， 運用三力匯交原理解決共點力平衡是一種常用的方法。在此必須指出：非輕質(zhì)桿中的三力 不一定就是三個力，而是三個作用點。某些作用于同一點的兩個力可以用一個等效力取代。運用三力匯交原理求解非輕質(zhì)桿的具體問題時，首先要判斷是否屬于三個非平行力的 平衡問題，這是個難點，也是關(guān)鍵。如果能夠做出肯定的判斷，就將三個力在不改變各力 方向的前提下，移至匯交點，然后再利用平衡條件建立方程求解。在大量的有關(guān)桿在三個力作用下的平衡問題中，最常見的模型是已知兩個力，第三個 力未知。解決這類問題時，首先應(yīng)找出已知的兩個力的交點，然后根據(jù)三力匯交原理做出 另一個力的方向，以下的問題就容易解決了。例2重力為G的均質(zhì)桿一端可繞 O點轉(zhuǎn)動，另一端拴在一條水平的繩子上，桿與水平面成“角，如圖5所示。已知繩中張力大小為 T,求O點對桿的作用力。圖5解析 取均質(zhì)桿為研究對象， 它受三個力作用，即重力G繩子拉力T和O點作用力F, 受力圖如圖6所示，因為桿處于平衡狀態(tài)，所以這三個力的作用線一定相交于同一點。由圖6,運用平衡條件得：F=dG2+T2, B= arctan G。評析 本題利用三力匯交原理 （如圖7）,很容易地確定出了 O點對桿的