高中物理等效力法解题技巧详解

高中物理等效力法解题技巧详解等效力法，一是通过力的合成或力的分解的方法，用假设的合力或分力，来等效代替物体实际受到的力；二是在物体受力的基础上，叠加一个矢量和为零的合力，即零力系或平衡力系，来对物体实际受到的力进行等效变换。例1、如图所示，有20N、30N和40N三个力作用在物体的同一点，且彼此夹角均为120°，求合力的大小和方向。解析：根据三个大小相等的共点力彼此互成120°时，其合力为零，从而可以通过增减一个合力为零的力系，对物体的受力进行等效变换。方法一：如图所示，从原力系中减去一个由三个其点力组成的平衡力系，每个力大小为20N，而互成120°。这样，不仅将三个力的合成问题变成两个力的合成题：一个10N，一个20N，夹角为120°，而且还可以明显看出：由于F1:F2=2:1，且平行四边形中的税角为60°，故合力F与F2的夹角为90°或者与F1的夹角为30°、大小F=F1sin60°=。方法二:如图所示，在原力系中加上一个由三个共点力组成的平衡力系，每个力大小为20N，互成120°，且各力正好与原来的三个力反向。这样，同样可以将三个力的合成问题变成两个力的合成问题，结果与方法一完全相同。例2、小车重力为G，在卷扬机的牵引下沿水平面运动，且与地面的动摩擦因数为μ。求最佳牵引角和最小牵引力。解析：小车受到四个力的作用。设支持力N与摩擦力的合力为R.且与坚直方向的夹角为φ

，则将力系简化为三个共点力的问题，如图所示。当匀速拉动小车时，三个共点力平平衡。根据拉密定理，当三个共点力平衡时，各力与其所对角的正弦成正比，有：所以，拉力F为①根据摩擦力f=μN，则摩擦角φ：tanφ=f/N=μ②当cos(φ-θ)=1最大，即φ–θ=0时，牵引力最小。所以，最佳牵引角为θ=φ=arctanμ，最小牵引力为。例3、如图所示，三个同样的带电单摆a、b和c，分别置于重力场、匀强磁场和点电荷电场中，则其简谐振动周期T的关系为：A.Ta

=Tb

=TcB.Ta

>Tb

>TcC.Ta

<Tb

<TcD.不能判定解析：三个单摆在振动中受到的力均不相同。处于重力场中的摆球，受到绳的拉力与重力作用；处于磁场中的摆球，还要受到洛伦兹力的作用；而处于电场中的摆球，则还要受到库仑力的作用。但是，由于洛伦兹力和库仓力始终沿摆线方向，即法线方向，在切线方向的分量为零，即不会影响产生简谐振动的回复力，三种情况下单摆的回复力均由重力的切向分力提供，因为三种情况下回复力具有等效性，就不改变单摆的振动周期。所以，应选答案A。例4、如图所示，物块在力F作用下向右沿水平方向匀速运动，则物块受到的摩擦力Ff与拉力F的合力方向应该是：A.水平向右B.竖直向上C.向左偏上D.向右偏上解析：这是四力平衡问题，将重力和支持力的合力等效成一个力G’竖直向下，从而将四力平衡问题转化为三力平衡问题。在共点力的三力平衡中，其中F与Ff的合力必与G’

等大反向，故竖直向上，因此B正确。例5、半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一个质量为m、带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，如图所示，珠子所受静电力是其重力的，将珠子从环上最低位置A点由静止释放，则：（1）珠子所能获得的最大动能是多大？（2）珠子对环的最大压力是多大？解析：珠子只能沿光滑绝缘圆环做圆周运动，运动过程中除圆环的弹力外，还受竖直向下的重力和水平向右的电场力，所以珠子一定从A点开始沿逆时针方向做圆周运动，重力做负功，电场力做正功。当两个力做的总功最多时，动能最大，同时在这点所受圆环的支持力也最大。珠子在运动过程中，受重力和电场力的大小、方向都不发生变化，则重力和电场力的合力大小、方向也不变，这样就可以用合力来代替重力和电场力，当珠子沿合力方向位移最大时，合力做功最多，动能最大。所以：（1）由,设qE、mg的合力F合与竖直方向的夹角为θ，则有，解得。设珠子到达B点时动能最大，则珠子由A点静止释放后从A到B的过程中做