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，一是通過力的合成或力的分解的方法，用假設的合力或分力，來等效代替物體實際受到的力；二是在物體受力的基礎上，疊加一個矢量和為零的合力，即零力系或平衡力系，來對物體實際受到的力進行等效變換。例1、如圖所示，有20N、30N和40N三個力作用在物體的同一點，且彼此夾角均為120°，求合力的大小和方向。解析：根據(jù)三個大小相等的共點力彼此互成120°時，其合力為零，從而可以通過增減一個合力為零的力系，對物體的受力進行等效變換。方法一：如圖所示，從原力系中減去一個由三個其點力組成的平衡力系，每個力大小為20N，而互成120°。這樣，不僅將三個力的合成問題變成兩個力的合成題：一個10N，一個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由三個共點力組成的平衡力系，每個力大小為20N，互成120°，且各力正好與原來的三個力反向。這樣，同樣可以將三個力的合成問題變成兩個力的合成問題，結果與方法一完全相同。例2、小車重力為G，在卷揚機的牽引下沿水平面運動，且與地面的動摩擦因數(shù)為μ。求最佳牽引角和最小牽引力。解析：小車受到四個力的作用。設支持力N與摩擦力的合力為R.且與堅直方向的夾角為φ

，則將力系簡化為三個共點力的問題，如圖所示。當勻速拉動小車時，三個共點力平平衡。根據(jù)拉密定理，當三個共點力平衡時，各力與其所對角的正弦成正比，有：所以，拉力F為①根據(jù)摩擦力f=μN，則摩擦角φ：tanφ=f/N=μ②當cos(φ-θ)=1最大，即φ–θ=0時，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，三個同樣的帶電單擺a、b和c，分別置于重力場、勻強磁場和點電荷電場中，則其簡諧振動周期T的關系為：A.Ta

=Tb

=TcB.Ta

>Tb

>TcC.Ta

<Tb

<TcD.不能判定解析：三個單擺在振動中受到的力均不相同。處于重力場中的擺球，受到繩的拉力與重力作用；處于磁場中的擺球，還要受到洛倫茲力的作用；而處于電場中的擺球，則還要受到庫侖力的作用。但是，由于洛倫茲力和庫倉力始終沿擺線方向，即法線方向，在切線方向的分量為零，即不會影響產(chǎn)生簡諧振動的回復力，三種情況下單擺的回復力均由重力的切向分力提供，因為三種情況下回復力具有等效性，就不改變單擺的振動周期。所以，應選答案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動，則物塊受到的摩擦力Ff與拉力F的合力方向應該是：A.水平向右B.豎直向上C.向左偏上D.向右偏上解析：這是四力平衡問題，將重力和支持力的合力等效成一個力G’豎直向下，從而將四力平衡問題轉化為三力平衡問題。在共點力的三力平衡中，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，環(huán)上套有一個質量為m、帶正電的珠子，空間存在水平向右的勻強電場，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點由靜止釋放，則：（1）珠子所能獲得的最大動能是多大？（2）珠子對環(huán)的最大壓力是多大？解析：珠子只能沿光滑絕緣圓環(huán)做圓周運動，運動過程中除圓環(huán)的彈力外，還受豎直向下的重力和水平向右的電場力，所以珠子一定從A點開始沿逆時針方向做圓周運動，重力做負功，電場力做正功。當兩個力做的總功最多時，動能最大，同時在這點所受圓環(huán)的支持力也最大。珠子在運動過程中，受重力和電場力的大小、方向都不發(fā)生變化，則重力和電場力的合力大小、方向也不變，這樣就可以用合力來代替重力和電場力，當珠子沿合力方向位移最大時，合力做功最多，動能最大。所以：（1）由,設qE、mg的合力F合與豎直方向的夾角為θ，則有，解得。設珠子到達B點時動能最大，則珠子由A點靜止釋放后從A到B的過程中做