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  • 2021-05-26 发布

【物理】2020届一轮复习人教版力的合成与分解学案

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第3节 力的合成与分解 一、力的合成与分解 ‎1.合力与分力 ‎(1)定义:如果一个力产生的效果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合力,原来那几个力叫做分力。‎ ‎(2)关系:合力和分力是等效替代的关系。[注1]‎ ‎2.共点力 作用在物体的同一点,或作用线的延长线交于一点的力。如下图所示均是共点力。‎ ‎3.力的合成 ‎(1)定义:求几个力的合力的过程。‎ ‎(2)运算法则[注2]‎ ‎①平行四边形定则:求两个互成角度的共点力的合力,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大小和方向。如图甲所示。‎ ‎②三角形定则:把两个矢量首尾相连,从而求出合矢量的方法。如图乙所示。‎ ‎[注3]‎ ‎4.力的分解 ‎(1)定义:求一个已知力的分力的过程。‎ ‎(2)运算法则:平行四边形定则或三角形定则。‎ ‎(3)分解方法:①按力产生的效果分解;②正交分解。‎ 二、矢量和标量 ‎1.矢量:既有大小又有方向的量,运算时遵从平行四边形定则。‎ ‎2.标量:只有大小没有方向的量,运算时按代数法则相加减。[注4]‎ ‎【注解释疑】‎ ‎[注1] 合力不一定大于分力,二者是等效替代的关系。‎ ‎[注2] 平行四边形定则(或三角形定则)是所有矢量的运算法则。‎ ‎[注3] 首尾相连的三个力构成封闭三角形,则合力为零。‎ ‎[注4] 有大小和方向的物理量不一定是矢量,还要看运算法则,如电流。‎ ‎[深化理解]‎ ‎1.求几个力的合力时,可以先将各力进行正交分解,求出互相垂直方向的合力后合成,分解的目的是为了将矢量运算转化为代数运算,便于求合力。‎ ‎2.力的分解的四种情况:‎ ‎(1)已知合力和两个分力的方向求两个分力的大小,有唯一解。‎ ‎(2)已知合力和一个分力(大小、方向)求另一个分力(大小、方向),有唯一解。‎ ‎(3)已知合力和两分力的大小求两分力的方向:‎ ‎①F>F1+F2,无解;‎ ‎②F=F1+F2,有唯一解,F1和F2跟F同向;‎ ‎③F=F1-F2,有唯一解,F1与F同向,F2与F反向;‎ ‎④F1-F2m且mA∶m=sin 2θ∶sin θ=2cos θ∶1,可得mA=2mcos θ,A、B错误;细绳的张力大小T=,由几何关系知,滑轮两侧细绳夹角为θ,故滑轮受到细绳的作用力大小F=2Tcos=,C正确,D错误。‎ ‎“形异质同”快解题——力的合成中两类最小值问题 ‎(一)合力一定,其中一个分力的方向一定,当两个分力垂直时,另一个分力最小。‎ ‎1.如图所示,重力为G的小球用轻绳悬于O点,用力F拉住小球,使轻绳保持偏离竖直方向60°角且不变,当F与竖直方向的夹角为θ时F最小,则θ、F的值分别为(  )‎ A.0°,G           B.30°,G C.60°,G D.90°,G 解析:选B 小球重力不变,位置不变,则绳OA拉力的方向不变,故当拉力F与绳OA 垂直时,力F最小,故θ=30°,F=Gcos θ=G,B正确。‎ ‎2.将两个质量均为m的小球a、b用细线相连后,再用细线悬挂于O点,如图所示。用力F拉小球b,使两个小球都处于静止状态,且细线Oa与竖直方向的夹角保持θ=30°,则F的最小值为(  )‎ A.mg B.mg C.mg D.mg 解析:选B 将a、b看成一个整体受力分析可知,当力F与Oa垂直时F最小,可知此时F=2mgsin θ=mg,B正确。‎ ‎(二)合力方向一定,其中一个分力的大小和方向都一定,当另一个分力与合力方向垂直时,这一分力最小。‎ ‎3.如图所示,物体静止于光滑水平面M上,水平恒力F1作用于物体上,现要使物体沿着OO′方向做直线运动(F1和OO′都在M平面内)。那么必须同时再加一个力F2,则F2的最小值是(  )‎ A.F1cos θ B.F1sin θ C.F1tan θ D. 解析:选B 要使物体沿OO′方向做直线运动,则物体受到的合力F沿OO′方向,如图,由三角形定则知,当F2方向垂直OO′时,F2有最小值,为F2=F1sin θ,选项B正确。‎ ‎4.如图所示,甲、乙、丙三人分别在两岸用绳拉小船在河流中行驶,已知甲的拉力大小为800 N,方向与航向夹角为30°,乙的拉力大小为400 N,方向与航向夹角为60°,要保持小船在河流正中间沿虚线所示的直线行驶,则丙用力最小为(  )‎ A.与F甲垂直,大小为400 N B.与F乙垂直,大小为200 N C.与河岸垂直,大小约为746 N D.与河岸垂直,大小为400 N 解析:选C 如图所示,甲、乙两人的拉力大小和方向一定,其合力为如图所示中的F,要保持小船在河流中间沿虚线方向直线行驶,F与F丙的合力必沿图中虚线方向,当F丙与图中虚线垂直时值最小,由图可知,F丙min=F乙sin 60°+F甲sin 30°=200 N+400 N≈746 N,C正确。 ‎ ‎ 两类最小值问题因初始条件有所差别,表面上看似乎不同,但这两类问题实际上都是应用图解法分析极值条件,从而得出最后结果的。 ‎ ‎ ‎