高一物理---正交分解法

高一物理正交分解法

所谓“正交分解法”就是将受力物体所受外力（限同一平面内的共点力）沿选

定的相互垂直的x 轴和y 轴方向分解，然后分别求出x 轴方向、y 方向的合力ΣF x 、ΣF y ，由于ΣF x 、ΣF y 相互垂直，可方便的求出物体所受外力的合力ΣF （大小和方向

一、正交分解法的三个步骤

第一步，立正交 x 、y 坐标，这是最重要的一步，x 、y 坐标的设立，并不一定是水平与竖直方向，可根据问题方便来设定方向，不过x 与y 的方向一定是相互垂直而正交。

第二步，将题目所给定跟要求的各矢量沿x 、y 方向分解，求出各分量，凡跟x 、y 轴方向一致的为正；凡与x 、y 轴反向为负，标以“一”号，凡跟轴垂直的矢量，该矢量在该轴上的分量为0，这是关键的一步。

第三步，根据在各轴方向上的运动状态列方程，这样就把矢量运算转化为标量运算；若各时刻运动状态不同，应根据各时间区间的状态，分阶段来列方程。这是此法的核心一步。

第四步，根据各x 、y 轴的分量，求出该矢量的大小，一定表明方向，这是最终的一步。

求物体所受外力的合力或解物体的平衡问题时，常采用正交分解法。） 例1 共点力F 1＝100N ，F 2＝150N ，F 3＝300N ，方向如图1所示，求此三力 的合力。

y

53°

37°

O x 37°

解：三个力沿

x ，y

方向的分力的合力x x x x F F F F 321++=∑：

︒+︒-︒=37sin 53sin 37cos 321F F F N N N 6.03008.01508.0100⨯+⨯-⨯=N 140= y

y y y F F F F 321++=∑︒

-︒+︒=37cos 53cos 37sin 321F F F N

N N 8.03006.01506.0100⨯-⨯+⨯=N 90-= (负值表示方向沿y 轴负方向）

由勾股定理得合力大小：ΣF=22)()(y x F F ∑+∑ =N 22)90(140-+=166.4N ∵ΣF x ﹥0、ΣF y ﹥0 ∴ΣF 在第四象限内，设其与x 轴正向夹角为α，则： tg α=

x

y F F ∑∑=

N

N

14090=0.6429 ∴α=32.7º 运用正交分解法解题时，x 轴和y 轴方向的选取要根据题目给出的条件合理选取，即让受力物体受到的各外力尽可能的与坐标轴重合，这样方便解题 。

运用正交分解法解平衡问题时，根据平衡条件F 合＝0，应有ΣF x ＝0，ΣF y ＝0，这是解平衡问题的必要和充分条件，由此方程组可求出两个未知数。

例2 重100N 光滑匀质球静止在倾角为37º的斜面和与斜面垂直的挡板间， 求斜面和挡板对球的支持力F 1， F 2。

y

F 1 x F 2

G

37°

图 3

解：选定如图3所示的坐标系，重球受力如图3所示。由于球静止，所 以有：

⎩⎨

⎧=︒-=︒-037sin 0

37cos 2

1G F G F ∴

N N G F 808.010037cos 1=⨯=︒= N N G F 606.010037sin 2=⨯=︒=

装

订

线

30

o

45

o

A

B O G

1．如图所示，用绳AO 和BO 吊起一个重100N 的物体，两绳AO 、BO 与竖直方向的夹角分别为30o 和40o ，求绳AO 和BO 对物体的拉力的大小。

2. 如图所示，重力为500N 的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200N 的物体，当绳与水平面成60o 角时，物体静止，不计滑轮与绳的摩擦，求地面对人的支持力和摩

擦力。

3. (8分)如图6所示，θ＝370，sin370＝0.6，cos370＝0.8。箱子重G ＝200N ，箱子与地面的动摩擦因数μ＝0.30。要匀速拉动箱子，拉力F 为多大？

4.（8分）如图，位于水平地面上的质量为M 的小木块，在大小为F 、方向与水平方向成a 角的拉力作用下沿地面作匀速直线运动。求：

（1） 地面对物体的支持力？

（2） 木块与地面之间的动摩擦因数？

5．（6分）如图10所示，在倾角为α=37°的斜面上有一块竖直放置的档板，在档板和斜面之间放一个重力G=20N 的光滑球，把球的重力沿垂直于斜面和垂直于档板的方向分解为力F 1和F 2，求这两个分力F 1和F 2的大小。

6．(6分)长为20cm 的轻绳BC 两端固定在天花板上，在中点系上一重60N 的重物，

如图11所示： （1）当BC 的距离为10cm 时，AB 段绳上的拉力为多少?

（2）当BC 的距离为102cm 时．AB 段绳上的拉力为多少?

图11