2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修1 第3章相互作用-力第4节力的合成和分解课件

这是一份2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修1 第3章相互作用-力第4节力的合成和分解课件，共39页。
力的合成与分解1．定义：如果一个力作用在物体上跟几个力共同作用在物体上产生的 相同，这一个力就叫那几个力的 ，那几个力就叫这个力的 ．2．合力和分力的关系：合力和分力是 的关系．3．共点力：几个力都作用在物体的 ，或者它们的 相交于一点，这几个力叫做共点力. 效果合力分力等效替代同一点作用线一、合力与分力1．力的合成：求几个力的 的过程．2．力的分解：求一个力的 的过程．力的分解与力的合成互为 ．3．力的合成与分解运算法则(1)平行四边形定则：求两个互成角度的 的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作 ，这两个邻边之间的对角线就表示合力的 和 ．合力分力逆运算共点力平行四边形大小方向二、力的合成与分解 (2)三角形定则：把两个矢量的 顺次连结起来，第一个矢量的首端到第二个矢量的尾端的 为合矢量．如图所示. 4．合力和分力的大小关系共点的两个力F1、F2的合力F的大小，与它们的夹角θ有关；θ越大，合力 ；θ越小，合力 ．F1与F2 时合力最大；F1与F2 时合力最小．合力的取值范围为 ≤F≤ .首尾有向线段越小越大同向反向|F1－F2|F1＋F2例1 两个共点力F1和F2间的夹角为θ，其合力大小为F，现保持θ角及F1的大小不变，将F2的大小增大为F2′，这时两共点力的合力大小变为F′，则以下关于F和F′的相对大小的说法中，正确的是(　　)A．一定有F′>F B．可能有F′F)．如图所示，分别以F的始端、末端为圆心，以F1、F2为半径作圆，两圆有两个交点，所以F分解为F1、F2有两种情况．【答案】BD【方法与知识感悟】将力进行分解时，就是以力F为对角线作平行四边形．按问题的需要进行分解，具体分以下三个方面： 存在极值的几种情况(1)已知合力F和一个分力F1的方向，另一个分力F2存在最小值．(2)已知合力F的方向和一个分力F1，另一个分力F2存在最小值．例3 如图所示α＝30°，装置的重力和摩擦力均不计，若用F＝100 N的水平推力使滑块B保持静止，则工件上受到的向上的压力多大？ 【思路点拨】弄清力的实际作用效果，确定两个分力的方向，再作出力的平行四边形，确定边角关系，最后由数学知识计算两分力的大小．题型三：力的分解在实际问题中的应用【方法与知识感悟】按力的作用效果分解力时，关键是明确力的作用效果，从而确定两个分力的方向，再根据平行四边形定则作出力的分解图，然后由数学知识求出分力．在实际问题中主要用到以下两种分解方法：1. 按力的效果分解(1)根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向．(2)再根据两个实际分力方向画出平行四边形．(3)最后由平行四边形知识求出两分力的大小．2. 正交分解法(1)定义：把一个力分解为相互垂直的两个分力的方法．(2)优点：把物体所受的不同方向的各个力都分解到相互垂直的两个方向上去，然后再求每个方向上的分力的代数和，这样就把复杂的矢量运算转化成了简单的代数运算，最后再求两个互成90°角的力的合力就简便多了．(3)运用正交分解法解题的步骤①正确选择直角坐标系，通常选择共点力的作用点为坐标原点，直角坐标轴x、y的选择可按下列原则去确定：a.尽可能使更多的力落在坐标轴上．b.沿物体运动方向或加速度方向设置一个坐标轴．②正交分解各力，即分别将各力投影到坐标轴上，分别求x轴和y轴上各力投影的合力Fx和Fy，其中Fx＝F1x＋F2x＋F3x＋…；Fy＝F1y＋F2y＋F3y＋….③求Fx与Fy的合力即为共点力的合力(如图所示)1．如图所示，物体静止于光滑水平面M上，力F作用于物体的O点，现要使物体沿着OO′方向做直线运动(F与OO′方向都在M平面内)，必须同时再加一个力F′，这个力的最小值是( )A．Ftanθ B．Fcotθ C．Fsinθ D．FcosθC【解析】由力的合成三角形法则可知，从F的末端连一条有向线段至OO′上，则该有向线段的长度即为F′的大小，如图所示，F′与OO′垂直时最小，由几何知识可知Fmin′＝Fsinθ.2．如图所示，在宽为20 m的小河中央有一只小船，在岸上用两根长各为26 m的绳子拉船匀速行驶，若绳子的拉力均为1 300 N，可知小船所受的阻力为( )A．1 200 N B．1 300 NC．2 400 N D．2 600 NC【解析】由于小船是匀速行驶，因此两根绳子的拉力的合力与船所受阻力等大反向，设绳子与河岸的夹角为θ，则阻力f＝2×1 300cosθ，由几何关系可知，cosθ＝＝，求得f＝2 400 N.【巩固基础】1．大小均为10 N的两个力合成，下列关于合力大小与两力夹角对应关系正确的是 ( ) A．夹角为60°时，合力为10 NB．夹角为90°时，合力为20 N C．夹角为120°时，合力为10 ND．任何情况下，合力为20 NC【解析】A.F＝10 N；B.F＝10 N；C.F＝10 N，所以A、B、D错，C对． 2．一重为G的物体在重力和恒力F的共同作用下沿与竖直方向成θ角的直线匀加速向下运动，关于F的大小，下列说法正确的是( )A．一定等于GtanθB．一定等于GsinθC．不可能大于GD．不可能小于GsinθD【解析】如图，G和F的合力应沿虚线斜向下，所以F的矢端应落在虚线上，F的最小值为Gsinθ，故D对，A、B、C错．*3．物体受共点力F1、F2、F3作用而做匀速直线运动，则这三个力可能选取的数值为 ( )A．15 N、10 N、6 NB．3 N、6 N、4 NC．1 N、2 N、10 ND．1 N、6 N、8 N【解析】物体在F1、F2、F3作用下而做匀速直线运动，则三个力的合力必定为零，只有A、B选项中的三个力的合力可以为零，故选AB.AB4．如图所示，F1、F2、F3恰好构成封闭的直角三角形，这三个力的合力最大的是( )【解析】由矢量合成法则可知A图的合力为2F3，B图的合力为0，C图的合力为2F2，D图的合力为2F3，因F2为直角三角形的斜边，故这三个力的合力最大的为C图．C【提升能力】AB*5.如图所示，将两个相同的条形磁铁吸在一起，置于水平桌面上，下面说法正确的是( )A．B对桌面的压力的大小等于A、B的重力之和B．A对B的压力的大小大于A的重力C．A对B的压力的大小等于A的重力D．B对桌面的压力小于A、B的重力之和【解析】把条形磁铁A和B视为一个系统，在竖直方向上合外力为零，选项A对，D错．隔离A，A受到三个力，即A的重力，B对A的支持力(方向向上)，B对A的吸引力(方向向下)，三个力的合力为零；支持力大于重力，A对B的压力大小等于B对A的支持力，大于A的重力，选项B对，C错．6．在建筑工地上有时需要将一些建筑材料由高处送到低处，为此工人们设计了一种如图所示的简易滑轨：两根圆柱形木杆AB和CD相互平行，斜靠在竖直墙壁上，把一摞瓦放在两木杆构成的滑轨上，瓦将沿滑轨滑到低处．在实际操作中发现瓦滑到底端时速度较大，有可能摔碎，为了防止瓦被损坏，下列措施中可行的是( )A．减少每次运送瓦的块数B．增多每次运送瓦的块数C．减小两杆之间的距离D．增大两杆之间的距离DAC【解析】方法一：正交分解法将O点受到的三个力沿水平和竖直两个方向进行分解，如图甲所示，分别在这两个方向上列出平衡方程得：FAsin θ＋FBcos θ＝mg ①FAcos θ＝FBsin θ ②由①②式解得FA＝mgsin θ，FB＝mgcos θ.方法二：按力的实际作用效果进行分解结点O受到的绳OC的拉力FC等于重物所受重力mg，拉力FC的作用效果是拉紧了绳AO和BO，故可将拉力FC沿绳AO和BO所在直线进行分解，两分力分别等于拉力FA和FB，由力的图示(图丙)解得FA＝mgsin θ，FB＝mgcos θ.D 8．实验室常用的弹簧秤如图甲所示，连接有挂钩的拉杆与弹簧相连，弹簧的另一端固定在外壳的一端上，外壳上固定一个圆环，可以认为弹簧秤的总质量主要集中在外壳(重力为G)上，弹簧和拉杆的质量忽略不计，现将该弹簧秤以两种方式固定于地面上，如图乙、丙所示，分别用恒力F0竖直向上拉弹簧秤，静止时弹簧秤的读数为( )【解析】弹簧秤的读数与弹簧的形变成正比，按图乙方式外壳受力F0＝F＋G，则弹簧秤的读数F＝F0－G；按图丙方式弹簧的读数直接由F0引起，弹簧秤的读数为F0.A．乙图读数F0－G，丙图读数F0＋GB．乙图读数F0＋G，丙图读数F0－GC．乙图读数F0，丙图读数F0－GD．乙图读数F0－G，丙图读数F0*9.如图所示，两根直木棍AB和CD相互平行，斜靠在竖直墙壁上固定不动，水泥圆筒从木棍的上部匀速滑下．若保持两木棍倾角不变，将两者间的距离稍增大后固定不动，且仍能将水泥圆筒放在两木棍的上部，则( )A．每根木棍对圆筒的支持力变大，摩擦力不变B．每根木棍对圆筒的支持力变大，摩擦力变大C．圆筒将静止在木棍上D．圆筒将沿木棍减速下滑AC【再上台阶】10．滑板运动是一项非常刺激的水上运动．研究表明，在进行滑板运动时，水对滑板的作用力FN垂直于板面，大小为kv2，其中v为滑板速率(水可视为静止)．如图所示，某次运动中，在水平引力作用下，当滑板和水面的夹角θ＝37°时，滑板做匀速直线运动，相应的k＝54 kg/m.人和滑板的总质量为108 kg，试求(重力加速度g取10 m/s2，sin37°取，忽略空气阻力)：(1)水平牵引力的大小；(2)滑板的速率．