高中物理等效力法解題技巧詳解

高中物理等效力法解題技巧詳解等效力法，一是通過(guò)力的合成或力的分解的方法，用假設(shè)的合力或分力，來(lái)等效代替物體實(shí)際受到的力；二是在物體受力的基礎(chǔ)上，疊加一個(gè)矢量和為零的合力，即零力系或平衡力系，來(lái)對(duì)物體實(shí)際受到的力進(jìn)行等效變換。例1、如圖所示，有20N、30N和40N三個(gè)力作用在物體的同一點(diǎn)，且彼此夾角均為120°，求合力的大小和方向。解析：根據(jù)三個(gè)大小相等的共點(diǎn)力彼此互成120°時(shí)，其合力為零，從而可以通過(guò)增減一個(gè)合力為零的力系，對(duì)物體的受力進(jìn)行等效變換。方法一：如圖所示，從原力系中減去一個(gè)由三個(gè)其點(diǎn)力組成的平衡力系，每個(gè)力大小為20N，而互成120°。這樣，不僅將三個(gè)力的合成問(wèn)題變成兩個(gè)力的合成題：一個(gè)10N，一個(gè)20N，夾角為120°，而且還可以明顯看出：由于F1:F2=2:1，且平行四邊形中的稅角為60°，故合力F與F2的夾角為90°或者與F1的夾角為30°、大小F=F1sin60°=。方法二:如圖所示，在原力系中加上一個(gè)由三個(gè)共點(diǎn)力組成的平衡力系，每個(gè)力大小為20N，互成120°，且各力正好與原來(lái)的三個(gè)力反向。這樣，同樣可以將三個(gè)力的合成問(wèn)題變成兩個(gè)力的合成問(wèn)題，結(jié)果與方法一完全相同。例2、小車(chē)重力為G，在卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引下沿水平面運(yùn)動(dòng)，且與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。求最佳牽引角和最小牽引力。解析：小車(chē)受到四個(gè)力的作用。設(shè)支持力N與摩擦力的合力為R.且與堅(jiān)直方向的夾角為φ

，則將力系簡(jiǎn)化為三個(gè)共點(diǎn)力的問(wèn)題，如圖所示。當(dāng)勻速拉動(dòng)小車(chē)時(shí)，三個(gè)共點(diǎn)力平平衡。根據(jù)拉密定理，當(dāng)三個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí)，各力與其所對(duì)角的正弦成正比，有：所以，拉力F為①根據(jù)摩擦力f=μN(yùn)，則摩擦角φ：tanφ=f/N=μ②當(dāng)cos(φ-θ)=1最大，即φ–θ=0時(shí)，牽引力最小。所以，最佳牽引角為θ=φ=arctanμ，最小牽引力為。例3、如圖所示，三個(gè)同樣的帶電單擺a、b和c，分別置于重力場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)和點(diǎn)電荷電場(chǎng)中，則其簡(jiǎn)諧振動(dòng)周期T的關(guān)系為：A.Ta

=Tb

=TcB.Ta

>Tb

>TcC.Ta

<Tb

<TcD.不能判定解析：三個(gè)單擺在振動(dòng)中受到的力均不相同。處于重力場(chǎng)中的擺球，受到繩的拉力與重力作用；處于磁場(chǎng)中的擺球，還要受到洛倫茲力的作用；而處于電場(chǎng)中的擺球，則還要受到庫(kù)侖力的作用。但是，由于洛倫茲力和庫(kù)倉(cāng)力始終沿?cái)[線方向，即法線方向，在切線方向的分量為零，即不會(huì)影響產(chǎn)生簡(jiǎn)諧振動(dòng)的回復(fù)力，三種情況下單擺的回復(fù)力均由重力的切向分力提供，因?yàn)槿N情況下回復(fù)力具有等效性，就不改變單擺的振動(dòng)周期。所以，應(yīng)選答案A。例4、如圖所示，物塊在力F作用下向右沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，則物塊受到的摩擦力Ff與拉力F的合力方向應(yīng)該是：A.水平向右B.豎直向上C.向左偏上D.向右偏上解析：這是四力平衡問(wèn)題，將重力和支持力的合力等效成一個(gè)力G’豎直向下，從而將四力平衡問(wèn)題轉(zhuǎn)化為三力平衡問(wèn)題。在共點(diǎn)力的三力平衡中，其中F與Ff的合力必與G’

等大反向，故豎直向上，因此B正確。例5、半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套有一個(gè)質(zhì)量為m、帶正電的珠子，空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示，珠子所受靜電力是其重力的，將珠子從環(huán)上最低位置A點(diǎn)由靜止釋放，則：（1）珠子所能獲得的最大動(dòng)能是多大？（2）珠子對(duì)環(huán)的最大壓力是多大？解析：珠子只能沿光滑絕緣圓環(huán)做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中除圓環(huán)的彈力外，還受豎直向下的重力和水平向右的電場(chǎng)力，所以珠子一定從A點(diǎn)開(kāi)始沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰣A周運(yùn)動(dòng)，重力做負(fù)功，電場(chǎng)力做正功。當(dāng)兩個(gè)力做的總功最多時(shí)，動(dòng)能最大，同時(shí)在這點(diǎn)所受圓環(huán)的支持力也最大。珠子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受重力和電場(chǎng)力的大小、方向都不發(fā)生變化，則重力和電場(chǎng)力的合力大小、方向也不變，這樣就可以用合力來(lái)代替重力和電場(chǎng)力，當(dāng)珠子沿合力方向位移最大時(shí)，合力做功最多，動(dòng)能最大。所以：（1）由,設(shè)qE、mg的合力F合與豎直方向的夾角為θ，則有，解得。設(shè)珠子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大，則珠子由A點(diǎn)靜止釋放后從A到B的過(guò)程中做