《金版新学案》2012高考物理一轮 第2章 第二讲 力的合成与分解 共点力的平衡课件 新人教版必修1

第二讲力的合成与分解共点力的平衡一、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：求几个力的的过程叫做力的合成．效果效果合力分力同一点作用线合力4．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．(2)三角形定则：把两个矢量的从而求出合矢量的方法(如图甲、乙所示)．共点力平行四边形大小和方向首尾连接起来二、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．合力和分力具有“等效性”和“替代性”．分力逆运算平行四边形三、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．受力场力接触力四、共点力作用下物体的平衡1．平衡态(1)静止：物体的都等于零的状态．(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＝0.一、合力范围的确定速度和加速度速度加速度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)三个力共线且同向时，其合力最大，为F1＋F2＋F3.(2)任取两个力，求出其合力的范围，如果第三个力在这个范围之内，则三个力的合力的最小值为零，如果第三个力不在这个范围内，则合力的最小值为最大的一个力减去另外两个较小的力的和的绝对值．(1)合力不一定大于分力；(2)合力与它的分力是力的效果上的一种等效替代关系，而不是力的本质上的替代．附：计算合成的几种特殊情况(1)相互垂直的两个力的合成，如图甲所示，由几何知识，合力大小F＝F12＋F22，方向tanθ＝F2F1.(2)夹角为θ的大小相同的两个力的合成，如图乙所示，合力大小F＝2F1cosθ2，方向与F1夹角为θ2.(3)夹角为120°的两等大的力的合成，如图丙所示，合力的大小与分力相等，方向与F1(F2)夹角为60°.二、共点力作用下物体的平衡条件的推论1．若处于平衡状态的物体仅受两个力作用，则这两个力一定大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，即二力平衡．2．若处于平衡状态的物体受三个力作用，则这三个力中的任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上．3．当物体受到三个力作用而达到平衡时，这三个力必在同一平面内，且三个力的作用线或作用线的延长线必相交于一点．4．当物体受到几个力达到平衡时，顺次平移这些力的作用线，使其首尾相接，则必构成一个封闭的多边形．1.关于两个大小不变的共点力与其合力的关系，下列说法正确的是()A．合力大小随两力夹角增大而增大B．合力的大小一定大于分力中最大者C．两个分力夹角小于180°时，合力大小随夹角减小而增大D．合力的大小不能小于分力中最小者解析：合力可以大于任何一个分力，也可以小于任何一个分力，两分力之间的夹角越大，合力越小，夹角越小，则合力越大．答案：C2．(2011·黄石模拟)如下图所示，重力为G的物体静止在倾角为α的斜面上，将重力G分解为垂直斜面向下的力F1和平行斜面向下的力F2，那么()A．F1就是物体对斜面的压力B．物体对斜面的压力方向与F1方向相同，大小为GcosαC．F2就是物体受到的静摩擦力D．物体受到重力、斜面对物体的支持力、静摩擦力、F1和F2共五个力的作用答案：B3．(2011·新泰模拟)如下图所示，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．答案：C4．如右图所示，一质量m＝0.20kg的物体，在F1、F2两水平力作用下静止在粗糙的水平面上．物体与水平面间的最大静摩擦力为0.6N．若F1为0.6N，则F2不可能是()A．0.2NB．0.6NC．0.7ND．1.3N解析：最大静摩擦力为0.6N，F1＝0.6N，则物体在三个力作用下处于平衡状态，F2的范围应该为静摩擦力和F1的合力范围，故0F21.2N.答案：D5．(2010·广东理综)右图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解析：由题意知，A、B两点等高，且两绳等长，故FA与FB大小相等，B选项正确．若两绳夹角大于120°，则FA＝FBG；若夹角小于120°，则FA＝FBG；若夹角等于120°，则FA＝FB＝G，故选项A、D错．夹角为180°时，FA与FB才能成为一对平衡力，但这一情况不可能实现，故C项错．答案：B6．如下图所示，质量为m的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上．已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为μ，斜面的倾角为30°，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为()A.32mg和12mgB.12mg和32mgC.12mg和12μmgD.32mg和32μmg解析：等边三棱柱静止在斜面上，处于平衡状态，故所受合力为零，由受力分析可知其受重力、弹力和静摩擦力，画出受力分析图可知斜面对三棱柱的支持力FN＝mgcos30°＝32mg，摩擦力Ff＝mgsin30°＝12mg，A正确．答案：A如右图所示，经绳AO和BO共同吊起质量为m的重物，AO与BO垂直，BO与竖直方向的夹角为θ，OC连接重物，则()A．AO所受的拉力大小为mgsinθB．AO所受的拉力大小为mgsinθC．BO所受的拉力大小为mgcosθD．BO所受的拉力大小为mgcosθ解析：解法一正交分解法将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：FAsinθ＋FBcosθ＝mg①FAcosθ＝FBsinθ②由①②式解得FA＝mgsinθ，FB＝mgcosθ.解法二相似三角形法或平行四边形法O点受力平衡，故可将O点受到的三个力进行平移组成封闭的三角形，又由于拉力FA和FB互相垂直，所以得到的是一个直角三角形，如图乙所示，解此三角形得FA＝mgsinθ，FB＝mgcosθ.解法三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＝mgsinθ，FB＝mgcosθ.答案：AC(1)把力按实际效果分解的一般思路(2)①选用哪一种方法进行力的分解要视情况而定，一般来说，当物体受到三个或三个以下的力时，常利用三角形法或按实际效果进行分解，若这三个力中，有两个力互相垂直，可选用正交分解法．②当物体受到三个以上的力时，常用正交分解法．1－1：假期里，一位同学在厨房里协助妈妈做菜，对菜刀发生了兴趣．他发现菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样，刀刃前部的顶角小，后部的顶角大(如图所示)，他先后做出过几个猜想，其中合理的是()A．刀刃前部和后部厚薄不匀，仅是为了打造方便，外形美观，跟使用功能无关B．在刀背上加上同样的压力时，分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关C．在刀背上加上同样的压力时，顶角越大，分开其他物体的力越大D．在刀背上加上同样的压力时，顶角越小，分开其他物体的力越大答案：D(2011·湖南十二校联考)用一轻绳将小球P系于光滑墙壁上的O点，在墙壁和球P之间夹有一矩形物Q，如图所示，P、Q均处于静止状态，则下列相关说法正确的是()A．Q物体受3个力B．P物体受3个力C．若绳子变短，Q受到的静摩擦力将增大D．若绳子变长，绳子的拉力将变小解析：墙壁光滑，Q处于静止状态，则P、Q间必有摩擦力，Q应受4个力作用，P受4个力作用，故A、B错．对P由平衡条件：FTsinθ＝FN1FTcosθ＝mPg＋Ff对Q由平衡条件：Ff＝mQg故Ff不变，C错．当绳子变长时θ减小，故FT减小，D对．答案：D(1)研究对象的选取方法：整体法和隔离法．(2)受力分析的步骤①确定研究对象研究对象可以是单个物体，可以是整体，也可以是质点，还可以是连接点．②按“重力→弹力→摩擦力→其他场力”的顺序分析物体受力情况(对不能确定的力可用假设法等)．③进行必要的检验检验依据：物体受力情况和物体运动情况必须相一致．2－1：(2010·安徽理综)L型木板P(上表面光滑)放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图所示．若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力．则木板P的受力个数为()A．3B．4C．5D．6解析：选P为研究对象，对木板P进行受力分析如图所示．木板P受重力、斜面的支持力、滑块Q的弹力、弹簧的弹力和与斜面间的摩擦力5个力的作用．故选C.答案：C(15分)如下图所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为θ.质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，求地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少？【规范解答】解：选取A和B整体为研究对象，它受到重力(M＋m)g，地面支持力FN，墙壁的弹力F和地面的摩擦力Ff的作用如图所示，处于平衡状态．根据平衡条件有：FN－(M＋m)g＝0①(2分)F＝Ff②(2分)可得FN＝(M＋m)g③(1分)再以B为研究对象，它受到重力mg、三棱柱对它的支持力FAB、墙壁对它的弹力F的作用如图所示，处于平衡状态，根据平衡条件有：竖直方向上：FABcosθ＝mg④(3分)水平方向上：FABsinθ＝F⑤(3分)解得F＝mgtanθ，⑥(2分)所以Ff＝F＝mgtanθ.(2分)共点力作用下物体平衡的一般解题思路3－1：如右图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心．一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点．设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ.下列关系正确的是()A．F＝mgtanθB．F＝mgtanθC．FN＝mgtanθD．FN＝mgtanθ解析：物体受力情况如图所示，由物体的平衡条件可得FNsinθ＝mg，FNcosθ＝F，联立解得FN＝mg/sinθ，F＝mg/tanθ，故只有A正确．答案：A“动态平衡”是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题．解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”．(2011届高三河南豫南九校第一次联考)如右图所示，不计重力的轻杆OP能以O点为圆心在竖直平面内自由转动，P端用轻绳PB挂一重物，而另一根轻绳通过滑轮系住P端．在力F的作用下，当杆OP和竖直方向的夹角α(0απ)缓慢增大时，力F的大小应()A．恒定不变B．逐渐增大C．逐渐减小D．先增大后减小【思路点拨】(1)注意研究对象的选取；(2)注意力的三角形与题目涉及的几何三角形相似关系的应用．解析：对P点受力分析，轻绳拉力大小为F，轻杆支持力大小为FN，轻绳PB的拉力大小为mg，三力始终平衡，组成矢量三角形，根据三角形相似有mgOQ＝FNOP＝FPQ，当杆OP和竖直方向的夹角α缓慢增大时，OP、OQ不变，PQ逐渐增大，mg不变，所以拉力F的大小逐渐增大，支持力FN的大小不变，选项B正确．答案：B动态平衡问题是学习中的难点，所以需要认真分析、及时总结．具体说，分析此类问题大致有以下三个途径：途径一：三角形法则当物体受三力作用