力的合成与分解 共点力的平衡解读

力的合成与分解共点力的平衡2【教法探析】一、力的合成1．合力与分力:如果几个力共同作用产生的与某一个力单独作用时的.相同，则这一个力为那几个力的，那几个力为这一个力的．2．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．3．力的合成：求几个力的的过程．效果效果合力分力同一点作用线合力34．力的运算法则(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．(2)三角形定则：把两个矢量的从而求出合矢量的方法(如图2－2－1所示)．二、力的分解1．概念：求一个力的的过程．力的分解与力的合成互为．2．遵从原则：定则．3．矢量运算法则：平行四边形定则和三角形定则．特别提醒：合力和分力具有“等效性”和“替代性”．共点力平行四边形大小方向分力逆运算平行四边形图2－2－1首尾连接起来4三、受力分析1．定义：把指定物体(或研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都分析出来，并画出物体的示意图的过程．2．受力分析的一般顺序先分析(重力、电场力、磁场力)，再分析(弹力、摩擦力)，最后分析其他力．四、共点力作用下物体的平衡1．平衡态(1)静止：物体的和都等于零的状态．(2)匀速直线运动：物体的不为零，其为零的状态．2．平衡条件(1)物体所受合外力为零，即F合＝0.(2)若采用正交分解法，平衡条件表达式为Fx＝0，Fy＝0.受力场力接触力速度加速度速度加速度5【学法导引】(1)作图法根据两个分力的大小和方向，再利用平行四边形定则作出对角线，根据表示分力的标度去度量该对角线，对角线的长度就代表了合力的大小，对角线与某一分力的夹角就可以代表合力的方向。如图所示，F1=45N，F2=60N，F合=75N，=53°。即合力大小为75N，与F1夹角为53°。1.力的合成的方法6①相互垂直的两个力的合成，如图甲所示：合力大小F=，方向tan=F2/F1。②夹角为的大小相同的两个力的合成，如图乙所示。由几何知识，作出的平行四边形为菱形，其对角线相互垂直且平分，则合力大小F=2F1cos(/2)，方向与F1夹角为/2。③夹角为120°的两等大的力的合成，如图丙所示。由几何知识得出对角线将画出的平行四边形分为两个等边三角形，故合力与分力的大小相等。(2)解析法以下是合力计算的几种特殊情况2221FF图甲图乙图丙72.合力范围的确定(1)两个共点力的合成|F1-F2|≤F合≤F1+F2即两个力大小不变时，其合力随夹角的增大而减小，当两力反向时，合力最小，为|F1-F2|，当两力同向时，合力最大，为F1+F2。(2)三个共点力的合成①最大值：三个力同向时，其合力最大，为Fmax=F1+F2+F3。②最小值：以这三个力的大小为边，如果能组成封闭的三角形，则其合力的最小值为零，即Fmin=0；如不能，则合力的最小值的大小等于最大的一个力减去另外两个力和的绝对值，Fmin=F1-|F2+F3|(F1为三个力中最大的力)。1.合成力时，要注意正确理解合力与分力的关系。(1)效果关系：合力的作用效果与各分力共同的作用效果相同，它们具有等效替代性。(2)大小关系：合力与分力谁大要视情况而定，不能形成总大于分力的定势思维。2.三个共点力合成时，其合力的最小值不一定等于两个较小力的和减去第三个较大的力。8【例1】一物体位于光滑水平面上，同时受到三个水平共点力F1、F2和F3作用，其大小分别为F1＝42N、F2=28N、F3=20N，且F1的方向指向正北，下列说法中正确的是()A.这三个力的合力可能为零B.F1、F2两个力的合力大小可能为20NC.若物体处于匀速直线运动状态，则F2、F3的合力大小为48N，方向指向正南D.若物体处于静止状态，则F2、F3的合力大小一定为42N，方向与F1相反，为正南利用平行四边形定则求物体受到几个共点力的合力范围时，先确定两个力的合力范围，当第三个力介于那两个力的合力范围之内时，这三个力的合力范围就为0到三个力之和。ABD【解析】F1、F2的合力范围是|F1-F2|≤F≤F1+F2，即14N≤F≤70N，B选项正确。F3的大小处于此范围之内，所以这三个力的合力可能为零，选项A正确。若物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)，则某两个力的合力必定与第三个力等大反向.选项C错，D对。92.力的分解(2)已知合力和一个分力的大小和方向，求另一分力的大小和方向。如图乙所示，已知F、F1和，显然此平行四边形也被唯一确定了，即F2的大小和方向(角)也被唯一地确定了。1.力的分解的原则同一个力F可以分解为无数对大小、方向不同的分力，一个已知力究竟应怎样分解，要根据实际情况来决定。所谓实际情况，可理解为力的实际效果和实际需要。2.力的分解的唯一性与多解性两个力的合力唯一确定，但一个力的两个分力不一定唯一确定，即已知一条确定的对角线，可以作出无数个平行四边形，如果没有条件限制，一个已知力可以有无数对分力。若要得到确定的解，则必须给出一些附加条件：(1)已知合力和两个分力的方向，求两分力的大小。如图甲所示，已知F和、，显然该力的平行四边形是唯一确定的，即F1和F2的大小也被唯一地确定了。图甲图乙10(3)已知合力、一个分力的方向和另一个分力的大小，即已知F、(F1与F的夹角)和F2的大小，求F1的大小和F2的方向，有如下的几种可能情况：情况图解FF2Fsin时，有两解F2=Fsin时，有唯一解F2Fsin时，无解，因为此时无法组成力的平行四边形F2≥F时，有唯一解11(4)已知两个不平行分力的大小(F1+F2F)。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。12【例2】如图所示，光滑斜面的倾角为，有两个相同的小球，分别用光滑挡板A、B挡住，挡板A沿竖直方向。挡板B垂直于斜面，则两挡板受到小球压力的大小之比为_______，斜面受到两个小球压力大小之比为__________。1/cos1/cos213(1)弹力的方向一定与接触面或接触点的切面垂直。(2)力产生的作用效果是进行力的分解的重要依据，根据作用效果先判断分力的方向，再用平行四边形定则求解。【解析】本题考查的是如何根据实际效果分解重力，应注意球与接触面间作用力的特点。球1重力分解如图甲所示，F1=Gtan，F2=G/cos；球2重力分解如图乙所示，F1′=Gsin，F2′=Gcos。所以挡板A、B所受压力之比：F1/F1′=Gtan/Gsin=1/cos斜面受两小球压力之比：F2/F2′=(G/cos)/(Gcos)=1/cos214【模拟练习】1.设有五个力同时作用在质点P上，它们的大小和方向相当于正六边形的两条边和三条对角线，如图所示.这五个力中的最小力的大小为F，则这五个力的合力等于()A.3FB.4FC.5FD.6FD152.小明想推动家里的衣橱，但使出了很大的力气也推不动，他便想了个妙招，如图2－2－8所示，用A、B两块木板，搭成一个底角较小的人字形架，然后往中央一站，衣橱居然被推动了！下列说法中正确的是(C)A．这是不可能的，因为小明根本没有用力去推衣橱B．这是不可能的，因为无论如何小明的力气也没那么大C．这有可能，A板对衣橱的推力有可能大于小明的重力D．这有可能，但A板对衣橱的推力不可能大于小明的重力图2－2－8163.如图所示，是一种测定风力的仪器的原理图，它能自动随着风的转向而转向，若风总是从图示水平方向吹向小球P，刻度盘上的示数反映风力的大小。现已知P是质量为m的金属球，固定在一长刚性金属丝下端，能绕悬挂点O在竖直平面内转动，无风时金属丝自然下垂，有风时金属丝将偏离竖直方向一定角度，角的大小与风力大小有关，下列关于F与的关系式正确的是()A.F=mgsinB.F=mgcosC.F=mgtanD.F=mg/cosC17如图所示，在轻质细线的下端悬挂一个质量为m的物体A，若用力F拉物体，使细线偏离竖直方向的夹角为，且保持角不变，求拉力F的最小值。【答案】Fmin=mgsin18【真题再现】1．(2012上海物理)已知两个共点力的合力为50N，分力F1的方向与合力F的方向成30°角，分力F2的大小为30N。则（）（A）F1的大小是唯一的（B）F2的力向是唯一的（C）F2有两个可能的方向（D）F2可取任意方向【答案】：C【解析】：画出力的矢量图，可以看出，F2有两个可能的方向，选项C正确。192.（2011广东理综卷第16题）如图5所示的水平面上，橡皮绳一端固定，另一端连接两根弹簧，连接点P在F1、F2和F3三力作用下保持静止。下列判断正确的是()A.F1F2F3B.F3F1F2C.F2F3F1D.F3F2F1答案：B解析：作出三力示意图，由力合成的平行四边形定则可知F1、F2的合力大小等于F3，显然F3F1F2，选项B正确。图520图13.（2010广东理综）图1为节日里悬挂灯笼的一种方式，A、B点等高，O为结点，轻绳AO、BO长度相等，拉力分别为FA、FB，，灯笼受到的重力为G．下列表述正确的是()A．FA一定小于GB．FA与FB大小相等C．FA与FB是一对平衡力D．FA与FB大小之和等于G