专题2 力的合成与分解 教案B
专题 力的合成与分解
一、标量和矢量
矢量和标量的根本区别在于它们遵从不同的运算法则:标量用代数法;矢量用平行四边形定则或三角形定则。
二、力的合成与分解
1.力的合成
(1)力的合成的本质就在于保证作用效果相同的前提下,用一个力的作用代替几个力的作用,这个力就是那几个力的“等效力”(合力)。力的平行四边形定则是运用“等效”观点,通过实验总结出来的共点力的合成法则,它给出了寻求这种“等效代换”所遵循的规律。
(2)平行四边形定则可简化成三角形定则。由三角形定则还可以得到一个有用的推论:如果n个力首尾相接组成一个封闭多边形,则这n个力的合力为零。
(3)共点的两个力合力的大小范围是 |F1-F2| ≤ F合≤ F1+F2
(4)共点的三个力合力的最大值为三个力的大小之和,最小值可能为零。
【例1】两个力F1、F2的合力为F,如果两力F1、F2的夹角保持不变,当F1、F2中的一个力增大后:( )
A.F的大小一定增大
B.F的大小可能不变
C.F的大小可能变大也可变小
D.当夹角在0到900时,F大小一定增大
【例2】如图所示.有五个力作用于一点P,构成一个正六边形的
两个所示,邻边和三条对角线,设F3=10N,则这五个力的合力大
小为( )
A.40N
B.20N
C.30N
D.0
【例3】如图,是两个共点力的合力F跟它的两个分力之间的夹角θ的
关系图像,则这两个分力的大小分别是 ( )
A.1 N和4N
B.2N和3N
C.1N和5N
D.2N和4N
1
【例4】三个共点力的大小分别为8N、7N、6N则它们的合力的最大值和最小值分别为( )
A、21N、5N
B、21N、4N
C、21N、11N
D、21N、0N
2.力的分解
(1)力的分解遵循平行四边形法则,力的分解相当于已知对角线求邻边。
(2)两个力的合力惟一确定,一个力的两个分力在无附加条件时,从理论上讲可分解为无数组分力,但在具体问题中,应根据力实际产生的效果来分解。
【例5】将放在斜面上质量为m的物体的重力mg分解为下滑力F1和对斜面的压力F2,这种说法正确吗?
【例6】将物体所受重力按力的效果进行分解,下列各图中错误的是( )
(3)几种有条件的力的分解
①已知两个分力的方向,求两个分力的大小时,有唯一解。
②已知一个分力的大小和方向,求另一个分力的大小和方向时,有唯一解。
③已知两个分力的大小,求两个分力的方向时,其分解不惟一。
④已知一个分力的大小和另一个分力的方向,求这个分力的方向和另一个分力的大小时,其分解方法可能惟一,也可能不惟一。
(4)用力的矢量三角形定则分析力最小值的规律:
①当已知合力F的大小、方向及一个分力F1的方向时,另一个分力F2取最小值的条件是两分力垂直。如图所示,F2的最小值为:F2min=F sinα
2
②当已知合力F的方向及一个分力F1的大小、方向时,另一个分力F2取最小值的条件是:所求分力F2与合力F垂直,如图所示,F2的最小值为:F2min=F1sinα
③当已知合力F的大小及一个分力F1的大小时,另一个分力F2取最小值的条件是:已知大小的分力F1与合力F同方向,F2的最小值为|F-F1|
(5)正交分解法:把一个力分解成两个互相垂直的分力,这种分解方法称为正交分解法。 用正交分解法求合力的步骤:
①首先建立平面直角坐标系,并确定正方向
②把各个力向x轴、y轴上投影,但应注意的是:与确定的正方向相同的力为正,与确定的正方向相反的为负,这样,就用正、负号表示了被正交分解的力的分力的方向
③求在x轴上的各分力的代数和Fx合和在y轴上的各分力的代数和Fy合
【例7】物体静止于光滑水平面M上,力F作用于物体O点,现要使物体沿为OO′方向做加速运动(F和OO′都在M平面内),那么必须同时再加一个力F′,这个力的最小值是( )
A、Ftan
B、Fcos
C、Fsin
D、F/tan
【例8】如图所示,质量m的小球用细绳系住放在倾角为θ的光滑斜面上,若绳与垂直斜面的挡板的夹角为φ,试求细绳的拉力。
三、物体的受力分析
1、明确研究对象:
1)对象可以是某一个物体,也可以是保持相对静止的若干个物体。
2)只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力,而不分析研究对象施予外界的力。
2、按顺序找力:
先场力(重力、电场力、磁场力),后接触力;接触力中必须先弹力,后摩擦力
3、只画性质力,不画效果力,否则将出现重复。
4、需要合成或分解时,必须画出相应的平行四边形(或三角形); 在解同一个问题时,分析了合力就不能再分析分力;分析了分力就不能再分析合力,千万不可重复。
3
【例9】如图,轻绳悬挂两个相同的质量均为m的小球A、B处于静止状态,A、B之间存在着的大小相等方向相反的斥力作用,那么对球悬线1的张力F1和悬线2的张力F2大小关系可能出现的情况是:( )
A、F1 > F2
B、F1 < F2
C、F1 = F2
D、F1 > 2mg
【例10】如图所示,倾角为θ的斜面A固定在水平面上。木块B、C的质量分别为M、m,始终保持相对静止,共同沿斜面下滑。B的上表面保持水平,A、B间的动摩擦因数为μ。当B、C共同匀速下滑;分别求B、C所受的各力。
【例11】 用与竖直方向成α=30°斜向右上方,大小为F的推力把一个重量为G的木块压在粗糙竖直墙上保持静止。求墙对木块的正压力大小N和墙对木块的摩擦力大小f。
【例12】如图所示,人重600 N,木板重400 N,人与木板、木板与地面间的动摩擦因数皆为0.2.现在人用水平力拉绳,使他与木块一起向右匀速运动,则( )
A.人拉绳的力是200 N
B.人拉绳的力是100 N
C.人的脚给木块摩擦力向右
D.人的脚给木块摩擦力向左
4
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