【本讲教育信息】
一、教学内容:
合力与分力的概念、力的合成与分解、平行四边形法则
二、考点点拨
力的合成和分解是对物体进行了受力分析后,对物体的受力必须要进行的,只有对物体进行了求分力和合力后才能确定待求解的力,确定物体的运动情况,它是物理力学阶段必须具备的一种能力,它将贯穿我们整个高中阶段,同时它也经常作为单独知识点或综合在某道题中在高考中进行考查。
三、跨越障碍
(一)矢量和标量
物理量可以分为两类:矢量、标量
矢量:既有大小又有方向的物理量。例:力、速度、位移、加速度等
标量:只有大小没有方向的物理量。例:路程、时间、质量等
标量在计算时遵从代数法则,直接进行加减。
(二)合力与分力
一个力如果它产生的效果跟几个力共同作用的效果相同,则这个力就叫那几个力的合力,而那几个力就叫这个力的分力。
合力和分力之间是效果上的等效“替代”关系,不是简单的加减关系。
(三)平行四边形定则
共点力:几个力如果作用在物体的同一点,或者它们的作用线交于同一点,这几个力叫做共点力。
求两个互成角度共点力的合力,可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向,这叫做力的平行四边形定则。
平行四边形定则是矢量运算法则,所有的矢量运算都遵循此定则。
(四)力的合成
求几个已知力的合力,叫力的合成。
1、两个共线力的合成:两个力在一条直线上时,求合力直接加减,同向相加,异向相减。
2、两个不共线力的合成:两个力不在一条直线上时,求合力用平行四边形定则,分力是平行四边形的两条邻边,合力是对角线。
此时求合力只能用平行四边形定则,而不能直接加减,此时合力的值也不等于两个分力的大小之和。
如果两个分力之间的夹角为θ
则此时两个力的合力大小为:
=
注:(1)不明确具体方向的两个共点力的合力有其范围:
≤≤
两个分力方向相反时取最小值,方向相同时取最大值。
例1、一物体受到同一平面内的两个共点力,大小分别为10N、15N,则这两个力的合力为多大?
解:因为不知道两个分力的具体方向关系,所以合力为一范围:
≤≤ 5N≤≤25N
两分力方向相反时最小为5N,方向相同时最大为25N
(2)由公式=可以看出,当两个分力大小不变,而改变两个分力间的夹角时,的大小随着夹角的增大而减小。
(3)对于两个分力夹角为90°时,我们也用勾股定理和三角函数关系解决相关问题。
用勾股定理
=
用三角函数关系
=×cosθ
=×sinθ
=tanθ
3、物体受到两个以上的力时求合力:先合成两个力,再用这两个力的合力和其余的力依次合成。
例2、求F1、F2、F3三个力的合力,可以先求出F1、F2两个力的合力F12,再用这个合力和第三个力F3合成,最终的合力就是这三个力的合力
三个力合成时
(1)合力的最大值等于F1+F2+F3
,如果满足≤≤,则三个力的合力的最小值就为0
(2)同一平面内,三个大小相等,互成120°的力合成,合力为0
(五)力的分解
力的分解是力的合成的逆运算。我们知道,以一条对角线可以作出无数个平行四边形,所以一个力分解为两个分力时,有无数种分解的方法,就有无数种解。
1、按实际效果分解:根据力产生的实际作用效果进行分解
一物体在力F的作用下向右运动,此时力F有两个作用效果:
一个效果水平向右,还有一个向上的效果,所以我们把力F分
解为一个水平向右的分力和一个竖直向上的分力。
此时的重力有两个效果,一方面拉紧绳子,另一方面使小球压紧墙面,所以我们把重力分解为一个沿绳子的分力和一个垂直于墙的分力
2、正交分解法:通常力会产生两个互相垂直的作用效果,所以我们通常把力分解到两个互相垂直的方向。
斜面上的物体,重力产生的两个效果互相垂直,所以把重力分解为沿斜面和垂直于斜面两个方向。
例3、在图中,三角架B点用一根细绳挂一个50N的重物G,求横梁AB和斜梁BC所受的力。
解:对B点的拉力可以分解为沿AB和沿BC两个方向
则沿AB的分力
=F×tan60°=50N
沿BC的分力=F/cos60°=100N
所以横梁AB受到的力为50N,斜梁BC所受到的力为100N
四、小结
本节重点要掌握的就是力的平行四边形定则,它是力的合成和分解的法则,是所有矢量都必须遵守的定则。而力的分解当中,在遵守平行四边形定则的基础上注意正交分解法的使用。
【模拟试题】(答题时间:40分钟)
1、若两个分力的大小分别为3N、5N,其合力的可能值为
( )
A、1N B、3N C、5N D、9N
2、两个大小和方向都确定的共点力,其合力的( )
A、大小和方向都确定
B、大小确定,方向不确定
C、大小不确定,方向确定 D、大小和方向都不确定
*3、两个共点力,一个是40N,另一个未知,合力大小为100N,则另一个未知力的大小为( )
A、20N B、40N
C、80N
D、150N
4、物体同时受到同一平面内的三个共点力的作用,下列几组力的合力不可能为零的是 ( )
A、5N 7N 8N
B、5N 2N 3N
C、1N 5N 10N
D、10N 10N 10N
*5、两个大小恒定的共点力,合力的最大值为a,合力的最小值为b,当两个共点力互相垂直时,合力的大小为
( )
A、
B、
C、 D、
6、在单杠上做引体向上时,甲同学两手距离与肩同宽,乙同学两手间距大于肩宽,则以下说法中正确的是
( )
A、甲同学更省力 B、乙同学更省力
C、两同学一样费力 D、无法比较
7、对一个已知力F进行分解,已知下面哪一个条件,则它的解肯定是唯一的 ( )
A、已知一个分力的大小和方向
B、已知两个分力的方向
C、已知一个分力的大小和另一个分力的方向
D、已知一个分力的方向
**8、水平地面上斜放着一块木板AB,如图所示,在木板上放一木块处于静止状态,现使斜面的B端缓慢放低,则木块所受的弹力N,摩擦力f的变化情况是
( )
A、N增大,f减小 B、N减小,f增大
C、N减小,f减小 D、N增大,f增大
**9、图中重物的质量为m,轻细线AO和BO的A、B端是固定的,平衡时AO是水平的,BO与水平面的夹角为θ,AO的拉力和BO的拉力的大小是
( )
A、=mgcosθ
B、=mgcotθ
C、=mgsinθ
D、=mg/sinθ
**10、一根长为L的易断的均匀细绳,两端固定在天花板上的A、B两点,若在细绳的C处悬一重物,已知AC>CB,如图所示,则下列说法正确的是 ( )
A、增加重物的重力,BC段先断
B、增加重物的重力,AC段先断
C、将A端往左移比往右移时绳子容易断
D、将A端往右移时绳子容易断
11、两个人共同用力将一块牌匾拉上墙头,其中一人用了450N的拉力,另一人用了600N的拉力,如果这两个拉力互相垂直,求它们的合力。
**12、如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O点为其球心,碗内表面及碗口光滑,一根细绳跨在碗口上,绳子两端分别系有质量为m1、m2的小球,当它们处于静止时,质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为60°,则这两个小球质量之比为?
【试题答案】
1、BC 解析:≤≤
2N≤≤8N
2、A 解析:分力确定则合力确定
3、C 解析:≤≤
60N≤≤140N
4、C 解析:如果满足≤≤,则三个力的合力的最小值就为0
5、D 解析:+=a -=b ==
6、A 解析:合力一定时,分力间夹角越小,分力越小
7、AB 解析:可以用平行四边形定则作图得出,C有两个解,D有无数个解
8、A 解析:弹力N应该等于重力的垂直斜面分力
N=mgcosθ
摩擦力f应该等于重力的沿斜面分力
f=mgcosθ
当斜面变平缓,θ减小,N增大,f减小
9、BD 解析:
如图:等于重力沿水平绳的分力
等于重力沿斜绳的分力
=mgcotθ,=mg/sinθ
10、AC 解析:由图可看出,重力沿短绳方向的分力比沿长绳方向的分力大,则短绳承受的拉力比长绳大,所以短绳先断。A左移夹角变大,则重力沿两绳方向的分力将变大,故易断。
11、750N 解析:===750N
12、 解析:根据图像可知:绳子拉力和碗对m1小球的支持力等大,而拉力和支持力的合力等于重力,此时拉力和支持力构成的平行四边形是菱形,所以
=T×cos30°
T=
=
=