高考物理總復(fù)習(xí) 第二章 第二講 力的合成與分解 受力分析課件 新人教版必修1

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1、(對應(yīng)學(xué)生用書P23)一、力的合成與分解()1力的合成(1)合力與分力定義：如果一個力產(chǎn)生的效果跟幾個力共同作用的效果相同，這一個力就叫那幾個力的合力，那幾個力就叫這個力的分力邏輯關(guān)系：合力和分力是一種等效替代關(guān)系(2)共點(diǎn)力：作用在物體的同一點(diǎn)，或作用線的延長線交于一點(diǎn)的力(3)力的合成：求幾個力的合力的過程或方法(4)力的合成平行四邊形定則：求兩個互成角度的共點(diǎn)力F1、F2的合力，可以用表示F1、F2的有向線段為鄰邊作平行四邊形，平行四邊形的對角線(在兩個有向線段F1、F2之間)就表示合力的大小和方向，如圖甲所示三角形定則求兩個互成角度的共點(diǎn)力F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的線段首

2、尾順次相接地畫出，把F1、F2的另外兩端連接起來，則此連線就表示合力的大小和方向，如圖乙所示力的合成必須遵循“同物性”和“同時性”的原則“同物性”是指待合成的諸力是作用在同一物體上的力“同時性”是指待合成的諸力是同時出現(xiàn)的力問題探究生活中人們常說這樣一句話“大家要心往一處想，勁往一處使，形成合力”，在這句話中的“合力”與我們物理語言中的“合力”意義一樣嗎？物理語言中的“合力”一定比“分力”大嗎？合力和分力的關(guān)系體現(xiàn)了怎樣的物理思想方法？為什么要進(jìn)行力的合成或分解？提示“大家要心往一處想，勁往一處使，形成合力”，在這句話中的“合力”實(shí)際上只是物理學(xué)中“合力”的一種特殊情況，即方向相同時合力的大小

3、大于任何一個分力的大小但物理語言中的“合力”可以比分力大，也可以比分力小，合力與分力的關(guān)系取決于各分力之間的夾角合力和分力的關(guān)系蘊(yùn)含著高中物理乃至整個學(xué)科中最重要的一種科學(xué)方法“等效替代法”合力的作用效果和它的幾個分力共同作用的效果相同，所以為了研究問題的方便在分析物體受力情況時可以等效替代2力的分解(1)概念：求一個力的分力的過程(2)遵循的原則：平行四邊形定則或三角形定則(3)分解的方法按力產(chǎn)生的效果進(jìn)行分解正交分解二、矢量和標(biāo)量()1矢量：既有大小又有方向的量相加時遵從平行四邊形定則2標(biāo)量：只有大小沒有方向的量求和時按算術(shù)法則相加(對應(yīng)學(xué)生用書P24)要點(diǎn)一合力的范圍及共點(diǎn)力合成的常用方

4、法1.共點(diǎn)力的合成(1)合成法則：平行四邊形定則或三角形定則 夾角為120的兩等大的力的合成，如圖丙所示由幾何知識得出對角線將畫出的平行四邊形分為兩個等邊三角形，故合力的大小與分力相等2合力范圍的確定(1)兩個共點(diǎn)力的合成：|F1F2|F合F1F2，即兩個力大小不變時，其合力隨夾角的增大而減小，當(dāng)兩力反向時，合力最小，為|F1F2|，當(dāng)兩力同向時，合力最大，為F1F2.(2)三個共點(diǎn)力的合成三個力共線且同向時，其合力最大，為F1F2F3.任取兩個力，求出其合力的范圍，如果第三個力在這個范圍之內(nèi)，則三個力的合力的最小值為零，如果第三個力不在這個范圍內(nèi)，則合力的最小值為最大的一個力減去另外兩個較小

5、的力的和的絕對值三個共點(diǎn)力合成時，其合力的最小值不一定等于兩個較小的力的和減去第三個較大的力 (2011北京海淀區(qū)第一次聯(lián)考)在研究兩個共點(diǎn)力F1、F2的合成實(shí)驗(yàn)中，得到如圖所示的合力F與兩力夾角的關(guān)系圖象現(xiàn)有一物體在F1、F2、F3三個力的作用下保持靜止?fàn)顟B(tài)，則F3可能為()A8NB12NC14ND16N答案ABC要點(diǎn)二力的分解的方法1.按力的效果分解(1)根據(jù)力的實(shí)際作用效果確定兩個實(shí)際分力的方向；(2)再根據(jù)兩個實(shí)際分力方向畫出平行四邊形；(3)最后由平行四邊形知識求出兩分力的大小如右圖所示，物體的重力G按產(chǎn)生的效果分解為兩個分力，F(xiàn)1使物體下滑，F(xiàn)2使物體壓緊斜面2按問題的需要進(jìn)行分解

6、，具體分以下三個方面：(1)已知合力和兩個分力的方向，求兩個分力的大小如圖所示，已知F和、，顯然該力的平行四邊形是唯一確定的，即F1和F2的大小也被唯一地確定了. (2)已知合力和一個分力的大小與方向，求另一分力的大小和方向如圖所示，已知F、F1和，顯然此平行四邊形是唯一確定的，即F2的大小和方向(角也已確定)也被唯一地確定了(3)已知合力、一個分力的方向和另一分力的大小，即已知F、(F1與F的夾角)和F2的大小，這時則有如下的幾種可能情況：第一種情況是FF2Fsin，則有兩解，如下圖左所示第二種情況是F2Fsin時，則有唯一解，如圖上圖右所示 第三種情況是F2F時，則有唯一解如上圖右所示3正

7、交分解法(1)定義：把各個力沿相互垂直的方向分解的方法(2)優(yōu)點(diǎn)：把物體所受的不同方向的各個力都分解到相互垂直的兩個方向上去，然后再求每個方向上的分力的代數(shù)和，這樣就把復(fù)雜的矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化成了簡單的代數(shù)運(yùn)算，最后再求兩個互成90角的合力就簡便多了(3)運(yùn)用正交分解法解題的步驟正確選擇直角坐標(biāo)系，通常選擇共點(diǎn)力的作用點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)軸x、y的選擇可按下列原則去確定：a盡可能使更多的力落在坐標(biāo)軸上b沿物體運(yùn)動方向或加速度方向建立一個坐標(biāo)軸c若各種設(shè)置效果一樣，則沿水平方向、豎直方向建立兩坐標(biāo)軸(1)正交分解法分解的力不一定是按力的實(shí)際效果進(jìn)行分解的(2)使用正交分解法時，坐標(biāo)軸的建立非常關(guān)鍵，一般

8、情況下，應(yīng)盡量使盡可能多的力“落”在坐標(biāo)軸上或關(guān)于坐標(biāo)軸對稱. (3)在實(shí)際問題中進(jìn)行力的分解時，有實(shí)際意義的分解方法是按力的實(shí)際效果進(jìn)行分解，其他的分解方法都是為了解題方便而引入的 如圖所示，水平地面上一重60 N的物體，在與水平面成30角斜向上的大小為20 N的拉力F作用下做勻速運(yùn)動，求地面對物體的支持力和地面對物體的摩擦力大小在實(shí)際問題中進(jìn)行力的分解時，有實(shí)際意義的分解方法是按力的實(shí)際效果進(jìn)行的，而正交分解法則是根據(jù)需要而采用的一種方法，其主要目的是將一般的矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算要點(diǎn)三物體的受力分析中研究對象的選取在進(jìn)行受力分析時，第一步就是選取研究對象選取的研究對象可以是一個物體(質(zhì)點(diǎn)

9、)，也可以是由幾個物體組成的整體(質(zhì)點(diǎn)組)1隔離法將某物體從周圍物體中隔離出來，單獨(dú)分析該物體所受到的各個力稱為隔離法隔離法的原則：把相連結(jié)的各物體看成一個整體，如果要分析的是整體內(nèi)物體間的相互作用力(即內(nèi)力)，就要把跟該力有關(guān)的某物體隔離出來當(dāng)然，對隔離出來的物體而言，它受到的各個力就應(yīng)視為外力了2整體法把相互連結(jié)的幾個物體視為一個整體(系統(tǒng))，從而分析整體外的物體對整體中各個物體的作用力(外力)，稱為整體法整體法的基本原則： (1)當(dāng)整體中各物體具有相同的加速度(加速度不相同的問題，中學(xué)階段不易采用整體法)或都處于平衡狀態(tài)(即a0)時，命題要研究的是外力，而非內(nèi)力時，選整體為研究對象(2)

10、整體法要分析的是外力，而不是分析整體中各物體間的相互作用力(內(nèi)力)(3)整體法的運(yùn)用原則是先避開次要矛盾(未知的內(nèi)力)突出主要矛盾(要研究的外力)這樣一種辯證的思想3整體法、隔離法的交替運(yùn)用對于連結(jié)體問題，多數(shù)情況既要分析外力，又要分析內(nèi)力，這時我們可以采取先整體(解決外力)后隔離(解決內(nèi)力)的交叉運(yùn)用方法，當(dāng)然個別情況也可先隔離(由已知內(nèi)力解決未知外力)再整體的相反運(yùn)用順序如圖所示，粗糙的斜面體M放在粗糙的水平地面上，物塊m恰好能在斜面上沿斜面勻速下滑，斜面體靜止不動，若用平行斜面向下的力F推動物塊，使物塊加速下滑，則斜面體()A受到地面的摩擦力大小為零B受到地面的摩擦力的方向水平向右C對地

11、面的壓力為(Mm)gD在F的作用下，可能沿水平面向左運(yùn)動解析當(dāng)物體放在斜面上時，物塊能勻速下滑，組成系統(tǒng)的兩個物體均處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)只受兩個平衡力：重力和地面的支持力所以此時斜面對地面的壓力為(Mm)g，斜面體與地面間不存在摩擦力當(dāng)用沿斜面的力F推物塊時，物塊對斜面體的作用力(摩擦力和壓力)都沒有變化，所以斜面體對地面的作用力也沒有變化，本題答案為A、C.答案AC當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度不相同時，一般應(yīng)采用隔離法進(jìn)行受力分析，若仍采用整體法則易出錯很多同學(xué)在研究本題時，采用整體法，認(rèn)為整體受到力F后，F(xiàn)沿水平向左的分力Fx應(yīng)與M受到地面向右的摩擦力平衡而F沿豎直向下的分力Fy使斜面體對地面壓力

12、大于(Mm)g，這樣就認(rèn)為AC是錯誤的，而誤認(rèn)為B是正確的出現(xiàn)錯誤的原因：一是受整體法思維定勢造成的，二是忽視了物塊m運(yùn)動狀態(tài)的改變(由平衡變?yōu)榉瞧胶?出現(xiàn)錯誤(對應(yīng)學(xué)生用書P25)題型一圖解法在力的合成和分解中的應(yīng)用討論合力和分力的大小關(guān)系，根據(jù)平行四邊形定則，作出平行四邊形，利用鄰邊及其夾角跟對角線的長短關(guān)系分析力的大小變化情況，通常叫力的圖解法它具有直觀、簡便的特點(diǎn)，建議同學(xué)們多加練習(xí)，熟練掌握例1把一個力分解為兩個分力F1、F2，已知合力F40N，分力F1與合力F的夾角為30，若F2取某一數(shù)值，可使F1有兩個大小不同的數(shù)值，則F2的取值范圍是_思路誘導(dǎo) (1)先作出表示合力F的有向線段

13、OA，再作出分力F1的作用線OM，然后以A點(diǎn)為圓心，以F2的大小為半徑作圓(如圖所示)(2)分析F2取怎樣的值時，圓弧和OM線段有一個交點(diǎn)，相切或有兩個交點(diǎn)？嘗試解答先作出表示合力F的有向線段OA，再作出分力F1的作用線OM，然后以A點(diǎn)為圓心，以F2的大小為半徑作圓(如圖所示)，有以下四種可能：FsinF2F圓弧線與OM有兩個交點(diǎn)B、D，則F1的大小有兩個值：F1OB或F1OD若F2Fsin3020 N，圓弧與OM相切于C點(diǎn)；則F1只有一個解，即F1OC.若F2F時，圓弧與OM也只有一個交點(diǎn)，F(xiàn)1只有一個解所以在FsinF2F時，F(xiàn)1才有兩個大小不同的解，即F2的取值范圍是20NF240N.答

14、案見解析用與豎直方向成角(F2BF1F2F3CF1F3F2 DF1F2F3解析作力的矢量三角形如圖所示，由幾何關(guān)系可知A正確注意圖中F1F2，F(xiàn)1和F3構(gòu)成等腰三角形的兩腰，所以有F1F3，故A正確答案A題型二物體的受力分析受力分析應(yīng)掌握三個原則(1)按一定的順序去分析力根據(jù)各種性質(zhì)的力產(chǎn)生的條件、力的方向，本著先場力(重力、電場力等)，再接觸力(彈力、摩擦力)的順序分析(2)善于變換研究對象如果題目中給出的物體不止一個，在分析物體受力情況時，往往不能直接判斷它與接觸的物體間是否有相互作用的彈力和摩擦力，這時可以采用隔離法(或整體法)，先分析其他物體(或整體)的受力情況，再分析被研究物體的受力

15、情況(3)結(jié)合運(yùn)動狀態(tài)，結(jié)合相關(guān)定律及時修正由于彈力和摩擦力都是被動力，它們的方向和大小與物體的運(yùn)動狀態(tài)有密切的關(guān)系，所以分析物體的受力情況時，除了根據(jù)力產(chǎn)生的條件判斷外，還必須根據(jù)物體的運(yùn)動狀態(tài)，結(jié)合牛頓第二定律及時進(jìn)行修正例2(2011邵陽月考)A、B、C三個物體如圖所示放置，所有接觸面均不光滑有一個水平力F作用在物體C上，使A、B、C一起向右做勻速運(yùn)動，則()AB對A的摩擦力方向水平向左BB對A的摩擦力方向水平向右CC對A的摩擦力方向水平向左DC對A的摩擦力方向水平向右 思路誘導(dǎo) (1)以A、B、C整體為研究對象，因向右勻速運(yùn)動，你能確定地面對B、C的摩擦力方向嗎？(2)按照先隔離B，再

16、隔離A，最后再C的順序即可確定三者間摩擦力方向？嘗試解答對A、B、C整體而言，地面對B、C的摩擦力方向皆向左隔離B，由B勻速運(yùn)動的受力條件可知，A對B的摩擦力方向向右，則由牛頓第三定律可知B對A的摩擦力方向向左；同理可判斷C對A的摩擦力方向向右答案AD(1)畫好受力圖后，要按順序檢查，防止多力和少力(2)受力分析口訣：地球周圍受重力繞物一周找彈力考慮有無摩擦力其他外力細(xì)分析合力分力不重復(fù)只畫受力拋施力如圖所示物體A、B、C在外力F的作用下在水平面上向右做勻加速直線運(yùn)動，則有關(guān)A、B、C三個物體的受力情況，下列說法中正確的是()A物體A一定受5個力作用B物體B可能受4個力作用，也可能受5個力作用

17、C物體C一定受3個力作用D物體A可能受4個力作用，也可能受5個力作用解析因不知加速度大小，物體C受重力、B的彈力及可能存在的摩擦力作用，C錯；物體B受重力、A的支持力和摩擦力以及C的壓力和可能存在的摩擦力作用，B對；因不知水平面是否光滑，物體A受重力、B的壓力和摩擦力、水平面的支持力及可能存在的摩擦力、外力F作用，A、D錯答案B題型三按力的作用效果分解根據(jù)力的實(shí)際效果分解力的思維路線：例3(10分)如圖所示，a30，裝置的重力和摩擦力均不計(jì)，若用F100 N的水平推力使滑塊B保持靜止，則工件上受到的向上的彈力多大？解題樣板對B受力分析如圖甲得F2sin_(3分)對裝置上部分受力分析如圖乙，其中

18、FN為工件對裝置的壓力得：FN_(3分)又F2與F2為作用力與反作用力，故F2F2答案FF2cos牛頓第三定律力的合成法、力的作用效果分解法、正交分解法都是常見的解題方法，一般情況下，物體只受三個力的情形下，力的合成法、作用效果分解法解題較為簡單，在三角形中找?guī)缀侮P(guān)系，利用幾何關(guān)系或三角形相似求解；而物體受三個以上力的情況多用正交分解法，但也要視題目具體情況而定 如圖所示是剪式千斤頂，當(dāng)搖動把手時，螺紋軸就能迫使千斤頂?shù)膬杀劭繑n，從而將汽車頂起當(dāng)車輪剛被頂起時汽車對千斤頂?shù)膲毫?.0106 N，此時千斤頂兩臂間的夾角為120，則下列判斷正確的是()A此時兩臂受到的壓力大小均為5.0104 N

19、B此時千斤頂對汽車的支持力為2.0105 NC若繼續(xù)搖動把手，將汽車頂起，兩臂受到的壓力將增大D若繼續(xù)搖動把手，將汽車頂起，兩臂受到的壓力將減小答案D(對應(yīng)學(xué)生用書P26)易錯點(diǎn)1：物理知識與數(shù)學(xué)知識不能完美結(jié)合用一根長1 m的輕質(zhì)細(xì)繩將一幅質(zhì)量為1 kg的畫框?qū)ΨQ懸掛在墻壁上已知繩能承受的最大張力為10 N為使繩不斷裂，畫框上兩個掛釘?shù)拈g距最大為(g取10 m/s2)()易錯分析考生在做題時，能正確畫出畫框的受力分析圖，但是在處理“間距最大”，尋找角度進(jìn)行正交分解的問題時，不能結(jié)合幾何知識得出正確的結(jié)論，胡亂選擇選項(xiàng)熟練應(yīng)用力的合成與分解以及合成與分解中的一些規(guī)律，是解決本題的關(guān)鍵；一個大小

20、方向確定的力分解為兩個等大的力時，合力在分力的角平分線上，且兩分力的夾角越大，分力越大在處理此類與實(shí)際生活聯(lián)系緊密的試題時，首先要進(jìn)行受力分析；其次利用數(shù)學(xué)知識求極值，如利用解析法列方程求極值在利用正交分解法列方程時，一定要注意幾何圖形上的角度要與力的示意圖上的角度對應(yīng)起來答案D易錯點(diǎn)2：由于方法不當(dāng)導(dǎo)致受力分析錯誤如圖所示，物體A靠在豎直墻面上，在豎直向上的力F作用下，A、B一起勻速向上運(yùn)動則物體A和物體B的受力個數(shù)分別為()A2,3 B3,4 C4,4 D5,4易錯分析由于不能正確應(yīng)用平衡條件和假設(shè)法判斷物體A與墻壁之間是否有彈力和摩擦力而錯選D項(xiàng)正確解答先隔離物體B，分析B的受力情況如圖

21、所示，B受重力G、外力F，這兩個力均沿豎直方向，A對B的壓力，方向垂直于A、B的接觸面斜向右下方，B能夠在水平方向上保持平衡，則B一定要受到A平行接觸面向下的摩擦力，故物體B受4個力作用再分析A的受力情況將A、B看做一個整體，假設(shè)墻壁對A有彈力作用，則A、B整體在水平方向上不能保持平衡，故墻壁對A沒有彈力作用因此A也不受墻壁的摩擦力故A受重力和B的支持力及摩擦力3個力作用答案為B.(2010安徽高考)L型木板P(上表面光滑)放在固定斜面上，輕質(zhì)彈簧一端固定在木板上，另一端與置于木板上表面的滑塊Q相連，如圖所示若P、Q一起沿斜面勻速下滑，不計(jì)空氣阻力則木板P的受力個數(shù)為()A3 B4C5 D6解

22、析本題主要考查受力分析，意在考查考生應(yīng)用整體法和隔離法解題的能力因一起勻速下滑，所以斜面對P有沿斜面向上的摩擦力，而Q必受彈簧向上的彈力，所以隔離P可知P受重力、斜面摩擦力、斜面彈力、彈簧彈力、Q的壓力作用答案C(對應(yīng)學(xué)生用書P27)1兩個共點(diǎn)力的合力為F，如果它們之間的夾角固定不變，使其中一個力增大，則()A合力F一定增大B合力F的大小可能不變C合力F可能增大，也可能減小D當(dāng)090時，合力F一定減小解析設(shè)兩共點(diǎn)力Fa、Fb之間的夾角為鈍角如圖所示的平行四邊形可知，當(dāng)Fa逐漸增大為Fa1、Fa2、Fa3時，其合力由原來的F1變?yōu)镕2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，這些合力可能小于F1，可能等于F1，也可能大于F

23、1，所以A錯B、C正確同理知，當(dāng)090時，則隨著其中的一個力增大，合力也一定增大，D錯故正確答案為B、C.答案BC2(2011江門聯(lián)考)一物體受到三個共面共點(diǎn)力F1、F2、F3的作用，三力的矢量關(guān)系如下圖所示(小方格邊長相等)，則下列說法正確的是()A三力的合力有最大值F1F2F3，方向不確定B三力的合力有唯一值3F3，方向與F3同向C三力的合力有唯一值2F3，方向與F3同向D由題給條件無法求出合力大小解析根據(jù)三力的圖示，知F1、F2在豎直方向分力的大小均為3個單位，方向相反，在水平方向的分力分別為6個單位和2個單位，方向與F3方向相同根據(jù)用正交分解法求合力的思想知，3個力的合力為12個單位，與F3的方向相同，大小是F3的3倍，即F合3F3.選項(xiàng)B正確答案B解析細(xì)線對天花板的拉力等于物體的重力G；以滑輪為研究對象，兩段細(xì)線的拉力都是G，互成120，因此合力大小是G，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件，a桿對滑輪的作用力大小也是G，方向與豎直方向成60角斜向右上方；a桿和細(xì)線對滑輪的合力大小為零答案D答案A