2020高考物理一轮总复习 第二章 相互作用 基础课3 力的合成与分解课件 新人教版

第二章相互作用力的合成与分解栏目导航123板块一双基巩固板块二考点突破板块三素养培优双基巩固固双基、明易错、强化记忆板块一填一填|——知识体系一、力的合成1．合力与分力(1)定义：如果一个力________________跟几个共点力共同作用产生的效果相同，这一个力就叫做那几个力的___________，原来那几个力叫做__________.(2)关系：合力和分力是____________的关系．产生的效果合力分力等效替代2．共点力作用在物体的____________，或作用线的____________交于一点的力如下图所示均是共点力．同一点延长线3．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____________的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的____________和____________.如图甲所示．合力共点力大小方向②三角形定则：把两个分力_______________，从而求出合力的方法．如图乙所示．首尾相接二、力的分解1．定义：求一个已知力的____________的过程．2．遵循原则：______________定则或____________定则．3．分解方法：①按力产生的____________分解；②正交分解．如图将结点O进行受力分解．分力平行四边形三角形效果三、矢量和标量1．矢量：既有大小又有_______的量，相加时遵从_____________________.2．标量：只有大小____________方向的量，求和时按____________相加．方向平行四边形定则没有代数法则判一判|——易混易错(1)合力与它的分力的作用对象为同一个物体．()(2)合力及其分力可以同时作用在物体上．()(3)几个力的共同作用效果可以用一个力来代替．()(4)在进行力的合成与分解时，都要应用平行四边形定则或三角形定则．()(5)两个力的合力一定比其分力大．()(6)互成角度(非0°或180°)的两个力的合力与分力间一定构成封闭的三角形．()(7)既有大小又有方向的物理量一定是矢量．()√×√√×√×记一记|——规律结论1．合力与分力是一种等效替代关系，不可同时作为物体所受的力．2．矢量是既有大小又有方向的物理量，但既有大小又有方向的物理量并不一定是矢量．如电流，有大小又有方向，但其运算法则满足算术法则，是标量．3．解题中常用到的二级结论(1)两个力的合力的大小范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.(2)两个分力F1和F2的合力为F，若已知合力(或一个分力)的大小和方向，又知另一个分力(或合力)的方向，则第三个力与已知方向不知大小的那个力垂直时有最小值．如图所示．考点突破记要点、练高分、考点通关板块二考点一力的合成——自主练透|记要点|1．共点力合成的常用方法(1)作图法：从力的作用点起，按同一标度作出两个分力F1和F2的图示，再以F1和F2的图示为邻边作平行四边形，画出过作用点的对角线，量出对角线的长度，计算出合力的大小，量出对角线与某一力的夹角确定合力的方向(如图所示)．(2)计算法：几种特殊情况的共点力的合成.类型作图合力的计算①两分力互相垂直F＝F12＋F22tanθ＝F1F2②两分力等大，夹角为θF＝2F1cosθ2F与F1夹角为θ2③两分力等大且夹角120°合力与分力等大(3)力的三角形定则：将表示两个力的图示(或示意图)保持原来的方向依次首尾相接，从第一个力的作用点，到第二个力的箭头的有向线段为合力．平行四边形定则与三角形定则的关系如图甲、乙所示．2．合力的大小范围(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，则三个力的合力最小值为零；如果第三个力不在这个范围内，则合力最小值等于最大的力减去另外两个力．|练高分|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解析：选B先以力F1和F2为邻边作平行四边形，其合力与F3共线，大小F12＝2F3，如图所示，合力F12再与第三个力F3合成求合力F合．可见F合＝3F3.2．(多选)一物体静止于水平桌面上，两者之间的最大静摩擦力为5N，现将水平面内的三个力同时作用于物体的同一点，三个力的大小分别为2N、2N、3N．下列关于物体的受力情况和运动情况判断正确的是()A．物体所受静摩擦力可能为2NB．物体所受静摩擦力可能为4NC．物体可能仍保持静止D．物体一定被拉动解析：选ABC两个2N的力的合力范围为0～4N，然后与3N的力合成，则三力的合力范围为0～7N，由于最大静摩擦力为5N，因此可判定A、B、C正确，D错误．3.(2019届河北石家庄模拟)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2L(弹性限度内)，则发射过程中裹片对弹丸的最大作用力为()A．kLB．2kLC.32kLD.152kL解析：选D设发射弹丸瞬间两橡皮条间的夹角为2θ，则sinθ＝L22L＝14，cosθ＝1－sin2θ＝154.发射过程中裹片对弹丸的最大作用力为F合＝2Fcosθ，F＝kx＝kL，故F合＝2kL·154＝152kL，D正确．考点二力的分解——师生共研|记要点|1．按作用效果分解力的一般思路2．正交分解法(1)定义：将已知力按互相垂直的两个方向进行分解的方法．(2)建立坐标轴的原则：一般选共点力的作用点为原点，在静力学中，以少分解力和容易分解力为原则(即尽量多的力在坐标轴上)；在动力学中，通常以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标系．(3)方法：物体受到F1、F2、F3…多个力作用求合力F时．可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＋…合力大小：F＝Fx2＋Fy2合力方向：与x轴夹角设为θ，则tanθ＝FyFx.|析典例|【例】(2019届衡水调研)如图所示，质量为m的物体置于倾角为θ的固定斜面上，物体与斜面之间的动摩擦因数为μ，先用平行于斜面的推力F1作用于物体上使其能沿斜面匀速上滑，若改用水平推力F2作用于物体上，也能使物体沿斜面匀速上滑，则两次的推力之比F1F2为()A．cosθ＋μsinθB．cosθ－μsinθC．1＋μtanθD．1－μtanθ[解析]物体在力F1作用下和力F2作用下运动时的受力如图所示．将物体受力沿斜面方向和垂直于斜面方向正交分解，由平衡条件可得F1＝mgsinθ＋Ff1，FN1＝mgcosθ，Ff1＝μFN1F2cosθ＝mgsinθ＋Ff2FN2＝mgcosθ＋F2sinθFf2＝μFN2解得F1＝mgsinθ＋μmgcosθF2＝mgsinθ＋μmgcosθcosθ－μsinθ故F1F2＝cosθ－μsinθ，B正确．[答案]B|反思总结|力的分解方法的选取原则(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．|练高分|1．(2018届南京一模)减速带是交叉路口常见的一种交通设施，车辆驶过减速带时要减速，以保障行人的安全．当汽车前轮刚爬上减速带时，减速带对车轮的弹力为F，下图中弹力F画法正确且分解合理的是()解析：选B减速带对车轮的弹力方向垂直车轮和减速带的接触面，指向受力物体，故A、C错误；按照力的作用效果分解，可以将F沿水平方向和竖直方向分解，水平方向的分力产生的效果减慢汽车的速度，竖直方向的分力产生向上运动的作用效果，故B正确，D错误．2.(多选)如图所示，质量为10kg的物体静止在平面直角坐标系xOy的坐标原点，某时刻只受到F1和F2的作用，且F1＝10N，F2＝102N，则物体的加速度()A．方向沿x轴正方向B．方向沿y轴负方向C．大小等于1m/s2D．大小等于2m/s2解析：选AC将F2沿x轴、y轴正交分解，得F2x＝10N，F2y＝10N，因F2y与F1等大反向，故物体受到沿水平面的合力F合＝F2x＝10N，由F合＝ma可得，物体加速度的大小为1m/s2，C项正确，D项错误；方向沿x轴正方向，B项错误，A项正确．3.(2018届山东济宁调研)智能手机的普及使“低头族”应运而生．低头时，颈椎受到的压力会增大(当人体直立时，颈椎所承受的压力等于头部的重力)．现将人体头颈部简化为如图所示的模型：重心在头部的P点，在可绕O转动的颈椎OP(轻杆)的支持力和沿PQ方向肌肉拉力的作用下处于静止．当低头时，若颈椎与竖直方向的夹角为45°，PQ与竖直方向的夹角为53°，此时颈椎受到的压力与直立时颈椎受到压力的比值为(sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)()A．4B．5C．42D．52解析：选C低头时，对头部进行受力分析，如图所示，在水平方向FNsin45°＝Fsin53°，竖直方向FNcos45°＝mg＋Fcos53°，联立解得FN＝42mg，直立时，由题意知FN′＝mg，因此FNFN′＝42，所以C正确，A、B、D错误．素养培优提素养、练能力、注重培养板块三“活结”和“死结”与“动杆”和“定杆”模型——模型建构能力的培养一、“活结”和“死结”的比较“活结”可理解为把绳子分成两段，且可以沿绳子移动的结点．“活结”一般是由绳跨过滑轮或者绳上挂一光滑挂钩而形成的．绳子虽然因“活结”而弯曲，但实际上是同一根绳，所以由“活结”分开的两段绳子上弹力的大小一定相等，两段绳子合力的方向一定沿这两段绳子夹角的平分线．“死结”可理解为把绳子分成两段，且不可以沿绳子移动的结点．“死结”两侧的绳因结而变成了两根独立的绳，因此由“死结”分开的两段绳子上的弹力不一定相等．【例1】(多选)(2016年全国卷Ⅰ)如图所示，一光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b.外力F向右上方拉b，整个系统处于静止状态．若F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b仍始终保持静止，则()A．绳OO′的张力也在一定范围内变化B．物块b所受到的支持力也在一定范围内变化C．连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化D．物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化[解析]只要物块a质量不变，物块b保持静止，则连接a和b的细绳的张力FT＝mag就保持不变，细绳OO′的张力也就不变，选项A、C错误；对物块b进行受力分析，物块b受到细绳的拉力(不变)、竖直向下的重力(不变)、外力F、桌面的支持力和摩擦力根据平衡条件有FTx＋Ff＝Fx，FTy＋Fy＝mbg.若F方向不变，大小在一定范围内变化，则物块b受到的支持力和物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化，选项B、D正确．[答案]BD二、“动杆”和“定杆”的比较“动杆”：对于一端有转轴或有铰链的轻杆，其提供的弹力方向一定是沿着轻杆的方向．“定杆”：一端固定的轻杆(如一端“插入”墙壁或固定于地面)，其提供的弹力不一定沿着轻杆的方向，力的方向只能根据具体情况进行受力分析．根据平衡条件或牛顿第二定律确定杆中的弹力的大小和方向．【例2】水平横梁的一端A插在墙壁内，另一端装有一个轻质小滑轮B，一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量m＝10kg