2025年高考物理大一轮复习 第二章 第2课时 力的合成与分解 课件及学案
展开考点一 共点力的合成
考点三 “活结”与“死结”、“动杆”与“定杆”
1.合力与分力(1)定义:如果一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同,这个力叫作那几个力的 ,那几个力叫作这个力的 。(2)关系:合力与分力是 关系。
2.力的合成(1)定义:求几个力的 的过程。(2)运算法则①平行四边形定则:求两个互成角度的分力的合力,可以用表示这两个力的有向线段为 作平行四边形,这两个邻边之间的 就表示合力的大小和方向。如图甲所示,F1、F2为分力,F为合力。
②三角形定则:把两个矢量的首尾顺次连接起来,第一个矢量的起点到第二个矢量的终点的 为合矢量。如图乙所示,F1、F2为分力,F为合力。
3.两个共点力的合力大小的范围: ≤F≤ 。(1)两个力的大小不变时,其合力随夹角的增大而 。(2)当两个力反向时,合力最小,为 ;当两个力同向时,合力最大,为 。
1.合力和分力可以同时作用在一个物体上。( )2.两个力的合力一定比任一分力大。( )3.两分力同时增大1倍,合力也增大1倍。( )4.两分力都增加10 N,合力也增加10 N。( )
思考1.互成角度的两个力,其中一个力增大后,合力一定增大吗?请作图说明。
答案 不一定。如图,F2增大后,合力F可能减小,可能不变,可能增大。
2.(1)有三个共点力F1=8 N,F2=7 N,F3=10 N,则这三个力合力的最大值为______ N,最小值为______ N。(2)有三个共点力F1=8 N,F2=7 N,F3=16 N,则这三个力合力的最大值为______ N,最小值为_______ N。(3)根据(1)(2)计算结果,总结求三个力合力最小值的规律:_________________________________________________________________________________________________________________________________。
的大小处于另外两个力的合力大小范围之内,则其合力的最小值为零,即Fmin=0;否则Fmin=F3-(F1+F2)(F3为三个力中最大的力)。
例1 一物体受到三个共面共点力F1、F2、F3的作用,三力的矢量关系如图所示(小方格边长相等),则下列说法正确的是A.三力的合力有最大值F1+F2+F3,方向不确定B.三力的合力有唯一值3F3,方向与F3同向C.三力的合力有唯一值2F3,方向与F3同向D.由题给条件无法求合力大小
例2 (2024·江苏盐城市调研)如图所示,一个“Y”形弹弓顶部跨度为L,两根相同的橡皮条自由长度均为L,在两橡皮条的末端用一块软羊皮(长度不计)做成裹片。若橡皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律,且劲度系数为k,发射弹丸时每根橡皮条的最大长度为1.5L(弹性限度内),则发射过程中裹片对弹丸的最大作用力为
1.力的分解是力的合成的逆运算,遵循的法则: 定则或____ 定则。2.分解方法(1)按力产生的 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再根据两个分力方向画出平行四边形。③最后由几何知识求出两个分力的大小和方向。
(2)正交分解将力沿相互垂直的两个坐标轴分解,从而求出沿坐标轴方向上的合力,列平衡方程或牛顿第二定律。①建立坐标系的原则:在静力学中,以少分解力和容易分解力为原则(使尽量多的力分布在坐标轴上);在动力学中,往往以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标系。
②多个力求合力的方法:把各力沿相互垂直的x轴、y轴分解。x轴上的合力Fx=Fx1+Fx2+Fx3+…y轴上的合力Fy=Fy1+Fy2+Fy3+…
1.合力与它的分力的作用对象为同一个物体。( )2.在进行力的合成与分解时,都能应用平行四边形定则或三角形定则。( )3.2 N的力能够分解成6 N和3 N的两个分力。( )
例3 (2024·江苏省苏州中学期中改编)有一种瓜子破壳器简化截面如图所示,将瓜子放入两圆柱体所夹的凹槽之间,按压瓜子即可破开瓜子壳。瓜子的剖面可视作顶角为θ的扇形,将其竖直放入两完全相同的水平等高圆柱体A、B之间,并用竖直向下的恒力F按压瓜子且保持静止,若此时瓜子壳未破开,忽略瓜子重力,不考虑瓜子的形状改变,不计摩擦,若保持A、B距离不变,则
A.圆柱体A、B对瓜子压力的合力为零B.顶角θ越大,圆柱体A对瓜子的压力越小C.顶角θ越大,圆柱体A对瓜子的压力越大D.圆柱体A对瓜子的压力大小与顶角θ无关
例4 (2024·江苏无锡市南菁高级中学段考)四旋翼无人机通过改变前后端的旋翼转速,形成前后旋翼升力差,使机体倾斜,产生垂直于机体指向前上方的力,实现朝前飞行。一架重为G的四旋翼无人机正匀速水平朝前飞行,机体与水平方向夹角为θ,已知空气阻力的大小与其速度大小成正比,比例系数为k,方向与运动方向相反。则无人机的飞行速度大小为
“活结”与“死结”、“动杆”与“定杆”
例5 如图所示,光滑半圆形轨道固定在竖直平面内,MN为水平直径,一轻质小环A套在轨道上,轻绳一端固定在M点,另一端穿过小环系一质量为m的小球恰好静止在图示位置,不计所有摩擦,重力加速度大小为g。下列说法正确的是
小球恰好静止,绳上拉力等于小球重力,轻绳上拉力处处相等,轻绳对M点的拉力大小为mg,所以A、B错误;轻环受轻绳的两股力以及轨道的支持力共三个力保持平衡,绳上的两股力的合力与环的支持力等大反向,所以绳的合力沿AO方向,又绳上的力相等,所以AO是两股力夹角的角平分线,由几何关系可知∠OAM=30°,所以合力大小为F=2mgcs 30°= 所以C正确,D错误。
例6 (2024·江苏连云港市模拟)如图甲所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的光滑定滑轮挂住一个质量为m1的物体,∠ACB=30°;图乙所示的轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过细绳EG拉住,EG与水平方向成30°角,轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为m2的物体,重力加速度为g,则下列说法正确的是
A.图甲中BC对滑轮的作用力大小为B.图乙中HG杆受到绳的作用力大小为m2gC.细绳AC段的拉力FAC与细绳EG段的拉力 FEG的大小之比为1∶1D.细绳AC段的拉力FAC与细绳EG段的拉力FEG的大小之比为m1∶2m2
题图甲中是一根绳跨过光滑定滑轮,绳中的弹力大小相等,两段绳的拉力大小都是m1g,互成120°角,则合力的大小是m1g,方向与竖直方向成60°角斜向左下方,故BC对滑轮的作用力大小也是m1g,方向与竖直方向成60°角斜向右上方,A选项错误;
1.活结:当绳绕过光滑的滑轮或挂钩时,绳上的力是相等的,即滑轮只改变力的方向,不改变力的大小。2.死结:若结点不是滑轮,而是固定点时,称为“死结”,其两侧绳上的弹力大小不一定相等。3.动杆:若轻杆用光滑的转轴或铰链连接,当杆平衡时,杆所受到的弹力方向一定沿着杆,否则杆会转动。4.定杆:若轻杆被固定,不发生转动,则杆受到的弹力方向不一定沿杆的方向。
1.三个共点力大小分别是F1、F2、F3,关于它们合力F的大小,下列说法正确的是A.F大小的取值范围一定是0≤F≤F1+F2+F3B.F至少比F1、F2、F3中的某一个力大C.若F1∶F2∶F3=3∶6∶8,只要适当调整它们之间的夹角,一定能使合 力为零D.若F1∶F2∶F3=3∶6∶2,只要适当调整它们之间的夹角,一定能使合 力为零
2.如图所示,人游泳时若某时刻手掌对水的作用力大小为F,该力与水平方向的夹角为30°,则该力在水平方向的分力大小为
3.(2023·重庆卷·1)矫正牙齿时,可用牵引线对牙施加力的作用。若某颗牙齿受到牵引线的两个作用力大小均为F,夹角为α(如图),则该牙所受两牵引力的合力大小为
4.我国研制的“问海1号”6 000米级自主遥控水下机器人完成海上试验及科考应用,通过验收并交付用户。在装吊“问海1号”下水工作时,“问海1号”受到五个力的作用而处于静止状态。现把其中一个大小为100 N的力的方向转过90°,其余的力不变,则此时“问海1号”受到的合力大小为
5.(2024·江苏南通市开学考)如图所示,轻质定滑轮固定在水平天花板上,动滑轮挂在轻绳上,整个系统处于静止状态,足够长的轻绳与水平方向的夹角为θ,不计摩擦。现将绳的一端由Q点缓慢地向左移到P点,则A.θ角不变,物体A上升B.θ角不变,物体A下降C.θ角变小,物体A上升D.θ角变小,物体A下降
6.如图所示,有5个力作用于同一点O,表示这5个力的有向线段恰好构成一个正六边形的两邻边和三条对角线,已知F1=10 N,则这5个力的合力大小为A.50 N B.30 N C.20 N D.10 N
利用三角形定则可知,F2和F4的合力等于F1,F5和F3的合力也等于F1,所以这5个力的合力大小为3F1=30 N,故选B。
7.如图所示,AO、BO、CO是完全相同的绳子,并将钢梁水平吊起,若钢梁足够重时,绳子AO先断,则A.θ=120°B.θ>120°C.θ<120°D.不论θ为何值,AO总是先断
以结点O为研究对象,分析受力如图。根据对称性可知,BO绳与CO绳拉力大小相等。
当钢梁足够重时,AO绳先断,说明FAO>FBO,
8.(2022·辽宁卷·4)如图所示,蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上,并处于静止状态。蛛丝OM、ON与竖直方向夹角分别为α、β(α>β)。用F1、F2分别表示OM、ON的拉力,则A.F1的竖直分力大于F2的竖直分力B.F1的竖直分力等于F2的竖直分力C.F1的水平分力大于F2的水平分力D.F1的水平分力等于F2的水平分力
对结点O受力分析可得,水平方向有F1x=F2x,即F1的水平分力等于F2的水平分力,选项C错误,D正确;
9.耙在中国已有1 500年以上的历史,北魏贾思勰著《齐民要术》称之为“铁齿楱”,将使用此农具的作业称作耙。如图甲所示,牛通过两根耙索拉耙沿水平方向匀速耙地。两根耙索等长且对称,延长线的交点为O1,夹角∠AO1B=60°,拉力大小均为F,平面AO1B与水平面的夹角为30°(O2为AB的中点),如图乙所示。忽略耙索质量,下列说法正确的是
A.两根耙索的合力大小为F
10.如图为一小型起重机,A、B为光滑轻质滑轮,C为电动机。物体P和A、B、C之间用不可伸长的轻质细绳连接,滑轮A的轴固定在水平伸缩杆上并可以水平移动,滑轮B固定在竖直伸缩杆上并可以竖直移动。当物体P静止时A.滑轮A的轴所受压力可能沿水平方向B.滑轮A的轴所受压力一定大于物体P的重力C.当只将滑轮A向右移动时,A的轴所受压力变大D.当只将滑轮B向上移动时,A的轴所受压力变大
滑轮A的轴所受压力为由A到B方向的拉力和A到P方向的拉力的合力,两个拉力与物体P的重力大小相等,设两力方向的夹角为θ,其变化范围为90°<θ<180°,根据力的合成法则可知,滑轮A的轴所受压力不可能沿水平方向,θ的大小不确定,滑轮A的轴所受压力可能大于物体P的重力,也可能小于或等于物体P的重力,故A、B错误;当只将滑轮A向右移动时,θ变小,两绳的合力变大,A的轴所受压力变大,故C正确;当只将滑轮B向上移动时,θ变大,两绳的合力变小,A的轴所受压力变小,故D错误。
11.(2024·江苏扬州市宝应区段考)如图所示是扩张机的原理示意图,A、B为活动铰链,C为固定铰链,在A处作用一水平力F,B就以比F大得多的压力向上顶物体D,已知图中2l=1.0 m,b=0.05 m,F=400 N,B与左侧竖直墙壁接触,接触面光滑,铰链和杆受到的重力不计,求:(1)扩张机AB杆的弹力大小(用含α的三角函数表示);
(2)D受到向上顶的力的大小。
12.(2024·江苏连云港市灌南二中检测)一重力为G的圆柱体工件放在V形槽中,槽顶角α=60°,槽的两侧面与水平方向的夹角相等,槽与工件接触处的动摩擦因数处处相同,大小为μ=0.25,则:(1)要沿圆柱体的轴线方向(如图甲所示)水平地把工件从槽中拉出来,人至少要施加多大的拉力?
(2)现把整个装置倾斜,使圆柱体的轴线与水平方向成37°角,如图乙所示,且保证工件对V形槽两侧面的压力大小相等,发现工件能自动沿槽下滑,求此时工件所受槽的摩擦力大小。(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)
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