物理(粤教版)课堂同步必修一课件:第3章 第4节 力的合成与分解

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图 3-4-13
A.F1=mgcos θ
B.F1=mgcot θ
C.F2=mgsin θ
D.F2=smingθ
【解析】 对结点 O 受力分析并建坐标系如图所示,
【提示】 用解直角三角形的方法求力的大小.用量角器量夹角的方向.
[核心点击] 1.合力与分力的关系 (1)力的合成遵循平行四边形定则 力的合成遵守平行四边形定则,如图 3-4-2,F 即表示 F1 与 F2 的合力.
图 3-4-2
(2)合力和分力的大小关系 两分力与他们的合力,构成三角形三边的关系. ①两分力大小不变时,合力 F 随 θ 的增大而减小,随 θ 的减小而增大. ②当 θ=0 时,F 有最大值,Fmax=F1+F2; 当 θ=180°时,F 有最小值,Fmin=|F1-F2|; 合力大小的范围为|F1-F2|≤F≤F1+F2. ③合力 F 既可能大于、也可能等于或小于任意一个分力.
分力的计算
[先填空] 1.分力的计算是合__力__运___算_的逆运算,也遵守_平__行__四__边__形__定则. 2.如果没有限制,同一个力可分解为无__数__对大小和方向都不同的分力.在 进 行 力 的 分 解 时 , 一 般 先 根 据 力 的 作__用___效__果_ 来 确 定 分 力 的 方 向 , 再 根 据 _平__行__四__边__形__定则计算分力的大小.
[核心点击] 正交分解法求合力的步骤
(1)建立坐标系:以共点力的作用点为坐标原点,直角坐标系 x 轴和 y 轴的 选择应使尽量多的力在坐标轴上.
(2)正交分解各力:将每一个不在坐标轴上的力分解到 x 轴和 y 轴上,并求 出各分力的大小,如图 3-4-11 所示.
图 3-4-11
(3)分别求出 x 轴、y 轴上各分力的矢量和,即: Fx=F1x+F2x+… Fy=F1y+F2y+… (4)求共点力的合力:合力大小 F= F2x+Fy2,合力的方向与 x 轴的夹角为 α, 则 tan α=FFxy.
6、“教学的艺术不在于传授本领,而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/222021/11/222021/11/2211/22/2021
•7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去,他的生活就会变得不堪忍受。 他不仅应该是一个学生,而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021/11/222021/11/22November 22, 2021
【答案】 A
4.压榨机的结构原理图如图 3-4-10 所示,B 为固定铰链,A 为活动铰链.在 A 处作用一水平力 F,物块 C 就以比水平力 F 大得多的力压物块 D.已知 L=0.5 m, h=0.1 m,F=200 N,物块 C 的质量不计,且与左壁接触面光滑,求物块 D 受 到的压力.
图 3-4-10
[再判断] 1.一个力分解时若不加限制条件可以分解为无数对分力.(√) 2.在进行力的分解时必须按照力的实际效果来分解.(×) 3.有些矢量的合成与分解遵守平行四边形定则,有些则不遵守.(×)
[后思考] 将一个已知力进行分解,得到的两个分力一定比该已知力小吗?
【提示】 由平行四边形定则可知,合力也可能小于分力.










知 识
第四节 力的合成与分解




知 识 点
强 化 卷

学习目标 1.了解平行四边形定则,知道分力与合力 间的大小关系. 2.会用作图法、计算法求合力,知道力的 分解是力的合成的逆运算.(重点) 3. 会 用 作 图 法 和 计 算 法 解 决 力 的 分 解 问 题,理解力分解的不唯一性.(重点) 4.会运用力的正交分解法求解问题.(难点)
【解析】 若 F1 和 F2 大小不变,θ 角越小,合力 F 越大,故 A 错误;由力 的合成方法可知,两力合力的范围|F1-F2|≤F 合≤F1+F2,所以合力有可能大于 任一分力,也可能小于任一分力,还可能与两个分力都相等,故 B 正确,C 错 误;如果夹角 θ 不变,F1 大小不变,F2 增大,合力可能增大,也可能减小,如 图所示;故 D 错误.
由 tan α=Lh得 F4=2020×00..51 N=500 N.
【答案】 500 N
力的效果分解法的“四步走”解题思路:
力的正交分解法
[合作探讨] 探讨:当物体受到多个力的作用时,用平行四边形定则求其合力很不方便, 甚至困难时,怎样求其合力? 【提示】 先将各力正交分解,然后再合成,“分”是为了更方便的进行 “合”.


图 3-4-7
3.力的效果分解法 (1)根据力的实际作用效果确定两个分力的方向. (2)根据两个分力的方向作出力的平行四边形或三角形. (3)利用数学知识解三角形,分析、计算分力的大小.
4.两种典型情况的力的分解 (1)拉力 F 可分解为:水平向前的力 F1 和竖直向上的力 F2,如图 3-4-8 甲.F1 =Fcos α,F2=Fsin α. (2)重力产生两个效果:一是使物体具有沿斜面下滑趋势的分力 F1,二是使 物体压紧斜面的分力 F2,如图乙.F1=mgsin α,F2=mgcos α.
量得对角线 OC 长为 3 个单位长度(如图甲所示),所以合力的大小为 F= 3×1×104 N=3×104 N
方向沿两钢索拉力夹角的角平分线,如图所示.
法二:计算法.根据这个平行四边形是一个菱形的特点(如图乙所示),连接 AB,交 OC 于 D,
则 AB 与 OC 相互垂直平分, 即 AB⊥OC,且 AD=DB,OD=DC.
2.合力的计算方法 (1)作图法 作图法就是用作图工具根据平行四边形定则作出平行四边形,然后用测量 工具测量出合力的大小、方向,具体操作流程如下:
注意:在同一个图上的各个力,必须采用同一标度,并且所选力的标度的 大小要适当.
(2)计算法 可以根据平行四边形定则作出力的示意图,然后由几何关系求解对角线, 其长度即为合力大小.
知识脉络
合力的计算
[先填空] 1.平行四边形定则 如果用表示两个共点力的线段为邻__边__作一个平行四边形,则这两个邻边之 间的_对__角__线_就表示_合__力_的_大__小_和_方__向_,如图 3-4-1 所示.
图 3-4-1 2.合力的计算 根据_平__行___四__边__形__定则求两个已知力的合力.可根据作__图__法求合力,也可 将物理问题与数学方法相结合,根据三角形的几何关系求合力.
1.两个力 F1 和 F2 间的夹角为 θ,两个力的合力为 F,以下说法正确的是( ) A.若 F1 和 F2 大小不变,θ 角越小,合力 F 就越小 B.合力 F 可能比任何一个分力都小 C.合力 F 总比任何一个分力都大 D.如果夹角 θ 不变,F1 大小不变,只要 F2 增大,合力 F 就必然增大.
【解析】 根据水平力 F 产生的效果,它可分解为沿杆的两个分力 F1、F2,
【解析】 根据水平力 F 产生的效果,它可分解为沿杆的 两个分力 F1、F2,如图甲所示,则 F1=F2=2coFs α.而沿 AC 杆的 分力 F1 又产生了两个效果:使物块 C 压紧左壁的水平力 F3 和使 物块 C 压紧物块 D 的竖直力 F4,如图乙所示,则 F4=F1sin α=Fta2n α.
[再判断] 1.两个分力 F1、F2 大小一定,当夹角变小时合力变大.(√) 2.合力可能比任何一个分力都小.(√) 3.合力的方向不可能与分力方向相同.(×)[后Leabharlann 考] 合力是否一定大于其中的一个分力?
【提示】 合力既可能大于、也可能等于或小于任意一个分力.
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞:用脚跳舞,用思想跳舞,用言语跳舞,不用说,还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得,或由他们重新发现,至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下,孩童耳听一言一语,均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理,而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式,注重实质.


图 3-4-8
3.如图 3-4-9 所示,圆弧形货架摆着四个完全相同的光滑小球,O 为圆心.则 对圆弧面的压力最小的是( )
A.a 球
B.b 球
图 3-4-9
C.c 球
D.d 球
【解析】 小球对圆弧面的压力大小等于球的重力沿斜面的分力 mgsin θ, 显然 a 球对圆弧面的压力最小.A 正确.
[合作探讨] 探讨 1:将一个力按实际效果进行分解时,是先确定两个分力的方向还是先 确定两个分力的大小? 【提示】 先确定两个分力的方向,才能得出唯一的解. 探讨 2:在受力分析中应注意分力与合力是什么样的关系? 【提示】 在力的分解中,合力是实际存在的,两个分力是虚拟的,并不 存在,我们在受力分析时,只分析实际受到的力.


考虑直角三角形 AOD,其中∠AOD=60°,而 OD=12OC,所以合力的大小 为 F=2F1cos 60°=2×3×104×12 N=3×104 N
方向沿两钢索拉力夹角的平分线.
【答案】 大小为 3×104 N 方向沿两钢索拉力夹角的平分线
作图法与计算法 1.作图法直观,但不精确,作图时各力必须选定统一标度,作图要规范. 2.计算法比较准确,是数学知识在物理上的综合应用,应用时,要设法构 成直角三角形,然后再利用三角函数或勾股定理等列式求解.
【答案】 B
2.如图 3-4-5 所示为一座大型斜拉桥,假设桥中某对钢索与竖直方向的夹角 都是 60°,每根钢索中的拉力都是 3×104 N,那么它们对塔柱形成的合力是多少? 方向怎样?
图 3-4-5
【解析】 法一:作图法.自 O 点引两条有向线段 OA 和 OB,它们跟竖直 方向间的夹角都为 60°.取单位长度为 1×104 N,则 OA 和 OB 的长度都是 3 个单 位长度.
5.(多选)如图 3-4-12 所示,重 20 N 的物体放在粗糙水平面上, 用 F=8 N 的力斜向下推物体.F 与水平面成 30°角,物体与平面间的 动摩擦因数 μ=0.5,则物体( )
A.对地面的压力为 28 N B.所受的摩擦力为 4 3 N C.所受的合力为 5 N D.所受的合力为 0
•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心,这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进,不知自勉,任何教育者就都不能 在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方,儿童才会产生上进心。 2021/11/222021/11/222021/11/222021/11/22
[合作探讨] 探讨 1:作图法求合力时,标度有什么要求? 【提示】 同一个图中,矢量的标度要相同. 探讨 2:当两个分力互相垂直时怎样用计算法求合力?
图 3-4-3 ①相互垂直的两个力的合成(即 α=90°);F 合= F21+F22,F 合与 F1 的夹角的 正切值 tan β=FF21,如图 3-4-3 所示.
②两个等大的力的合成:平行四边形为菱形,利用其对角线互相垂直平分 的特点可解得 F 合=2Fcosα2,如图 3-4-4 甲所示.
图 3-4-4 若 α=120°,则合力大小等于分力大小(如图乙所示).
图 3-4-12
【解析】 将力 F 分解如图,对地的压力为 FN=F2+G=Fsin 30°+G=24 N, 又因 F1=Fcos 30°<μFN,故受到的静摩擦力为 f=Fcos 30°=4 3 N,故物体合力 为零,所以 B、D 项正确.
【答案】 BD
6.(多选)如图 3-4-13 所示,重物的质量为 m,轻细绳 AO 与 BO 的 A 端、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 F1 和 BO 的拉力 F2 的大小是( )
[核心点击] 1.力的分解的运算法则:平行四边形定则. 2.如果没有限制,一个力可分解为无数对大小、方向不同的分力. (1)已知合力和两个分力的方向时(如图 3-4-6 甲),两分力有唯一解(如图乙所 示).


图 3-4-6
(2)已知合力和一个分力的大小和方向时(如图 3-4-7 甲,若已知 F 和 F1),另 一分力有唯一解(如图乙).
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