新高考物理一轮复习重难点练习专题04 力的合成与分解（原卷版）

专题04力的合成与分解1.会应用平行四边形定则及三角形定则求合力.2.能利用效果分解法和正交分解法计算分力.3.知道“活结”与“死结”、“动杆”与“定杆”的区别．考点一共点力的合成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合力，那几个力叫作这个力的分力．(2)关系：合力与分力是等效替代关系．2．力的合成(1)定义：求几个力的合力的过程．(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，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有向线段为合矢量．如图乙，F1、F2为分力，F为合力．1．求合力的方法(1)作图法：作出力的图示，结合平行四边形定则，用刻度尺量出表示合力的线段的长度，再结合标度算出合力大小．(2)计算法：根据平行四边形定则作出力的示意图，然后利用勾股定理、三角函数、正弦定理等求出合力．2．合力范围的确定(1)两个共点力的合力大小的范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.①两个力的大小不变时，其合力随夹角的增大而减小．②合力的大小不变时，两分力随夹角的增大而增大．③当两个力反向时，合力最小，为|F1－F2|；当两个力同向时，合力最大，为F1＋F2.(2)三个共点力的合力大小的范围①最大值：三个力同向时，其合力最大，为Fmax＝F1＋F2＋F3.②最小值：如果一个力的大小处于另外两个力的合力大小范围内，则其合力的最小值为零，即Fmin＝0；如果不处于，则合力的最小值等于最大的一个力减去另外两个力的大小之和，即Fmin＝F1－(F2＋F3)(F1为三个力中最大的力)．【典例1】（2021·黑龙江·铁人中学高三开学考试）同一平面内的三个力，大小分别为14N、6N、7N，若三力同时作用于某一物体，则该物体所受三力合力的最大值和最小值分别为（）A．27N、15N B．15N、0N C．27N、0N D．27N、1N【典例2】（2022·全国·高三课时练习）某物体同时受到同一平面内的三个共点力作用，在如图所示的四种情况中（坐标纸中每格边长表示1N大小的力），该物体所受的合外力大小正确的是（）A．甲图中物体所受的合外力大小等于4NB．乙图中物体所受的合外力大小等于2NC．丙图中物体所受的合外力大小等于0D．丁图中物体所受的合外力大小等于0【典例3】（2022·湖南·长郡中学高三阶段练习）如图所示，一个“Y”形弹弓顶部跨度为SKIPIF1<0，两根相同的橡皮条自由长度均为SKIPIF1<0，在两橡皮条的末端用一块软羊皮（长度不计）做成皮兜。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SKIPIF1<0，发射弹丸时每根橡皮条的最大长度为SKIPIF1<0（弹性限度内），则发射过程中皮兜对弹丸的最大作用力为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0考点二力的分解的两种常用方法1．力的分解是力的合成的逆运算，遵循的法则：平行四边形定则或三角形定则．2．分解方法(1)按力产生的效果分解；(2)正交分解如图，将结点O的受力进行分解．1．力的效果分解法(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.力的正交分解法(1)建立坐标轴的原则：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：把各力向相互垂直的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＝eq\r(Fx2＋Fy2)若合力方向与x轴夹角为θ，则tanθ＝eq\f(Fy,Fx).【典例4】（2022·重庆市育才中学二模）如图所示，牛用大小为F的力通过耕索拉犁，F与竖直方向的夹角为α=60°，则该力在水平方向的分力大小为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【典例5】（2022·全国·高三专题练习）如图所示为装卸工以水平向右的力SKIPIF1<0沿斜面向上推货箱，假设斜面的倾角为SKIPIF1<0，货箱与斜面间的动摩擦因数为SKIPIF1<0，则货箱所受摩擦力为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0考点三“活结”与“死结”、“动杆”与“定杆”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，如图甲，滑轮B两侧绳的拉力相等．2．死结：若结点不是滑轮，而是固定点时，称为“死结”结点，则两侧绳上的弹力不一定相等，如图乙，结点B两侧绳的拉力不相等．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．如图乙所示，若C为转轴，则轻杆在缓慢转动中，弹力方向始终沿杆的方向．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，如图甲所示．【典例6】（2022·贵州·贵阳修文北大新世纪贵阳实验学校模拟预测）如图，A、B两物体通过两个质量不计的光滑滑轮悬挂起来，处于静止状态。现将绳子一端从P点缓慢移到Q点，系统仍然平衡，以下说法正确的是（）A．夹角θ将变小 B．夹角θ将变大C．物体B位置将变高 D．绳子张力将增大【典例7】（2022·天津·南开中学高三阶段练习）如图所示，oa和ob段为材质完全相同且不可伸长的细绳，oc段细绳能承受的拉力是oa段的3倍，将质量为m的物块悬挂在空中且处于静止状态。已知绳oa、ob与竖直方向的夹角分别为30°和60°，若逐渐增加c端所挂重物的质量，则最先断的绳（）A．必定是oaB．必定是obC．必定是ocD．可能是ob，也可能是oc一、单选题1.（2022·全国·高三课时练习）在研究人站姿的时候，我们可以把人的腿看成是用铰链连接的两根硬杆，如图所示是同一个人的分腿站姿和并腿站姿（并腿时腿部竖直），则关于两种站姿的说法正确的是（）A．分腿时，人受到地面的作用力更大B．分腿时，一只腿受到地面的作用力更大C．分腿时，地面与脚掌之间的弹力更小D．并腿时，地面与脚掌之间的弹力更小2.（2022·重庆八中高三阶段练习）小刘同学用食指和中指夹住笔，笔以倾斜状态平衡。如图所示为剖面图，则（）A．中指对笔的作用力可能为零 B．手指对笔的作用力方向竖直向上C．食指对笔的压力等于中指对笔的支持力 D．中指对笔的作用力方向一定垂直于笔，斜向左上方3.（2022·全国·高三专题练习）已知力F的一个分力F1跟F成30°角，大小未知，另一个分力F2的大小为SKIPIF1<0F，方向未知，则F1的大小可能是（）①SKIPIF1<0

②SKIPIF1<0

③SKIPIF1<0

④SKIPIF1<0FA．①② B．②④ C．①③ D．①④4.（2021·内蒙古·阿拉善左旗高级中学高三阶段练习）关于共点力的合成，下列说法正确的是（）A．两个分力的合力一定比分力大B．两个分力的大小一定，夹角越大，合力越小C．两个力合成，其中一个力增大，另外一个力不变，合力一定增大D．现有两个力，大小分别为3N、6N，这两个力的合力的最小值为1N5.（2021·重庆·高考真题）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SKIPIF1<0，则该力在水平方向的分力大小为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．F D．SKIPIF1<06.（2022·全国·高三专题练习）如图所示，用根长为L的细绳一端固定在O点，另端悬挂质量为m的小球A，为使细绳与竖直方向夹30°角且绷紧，小球入处于静止，则需对小球施加的最小力等于（）A．SKIPIF1<0mg B．mg C．SKIPIF1<0mg D．SKIPIF1<0mg7.（2022·上海黄浦·二模）如图，一粗糙斜面固定在地面上，一细绳一端悬挂物体P，另一端跨过斜面顶端的光滑定滑轮与物体Q相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力F缓慢拉动P至细绳与竖直方向成45°角，Q始终静止，设Q所受的摩擦力大小为f、在这一过程中（）A．F一定增大、f一定增大B．F可能不变、f一定增大C．F一定增大、f可能先减小后增大D．F可能不变、f可能先减小后增大8.（2022·四川·遂宁安居育才卓同国际学校高三阶段练习）如图所示，将质量为m的小球用橡皮筋悬挂在竖直墙的O点，小球静止在Q点，P为O点正下方一点，OP间的距离等于橡皮筋原长，在P点固定一光滑圆环，橡皮筋穿过圆环。现对小球施加一个外力F，使小球沿以PQ为直径的圆弧缓慢向上运动，不计一切阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（）A．小球在Q向P运动的过程中外力F先变小后变大B．小球在Q向P运动的过程中外力F先变大后变小C．小球在Q向P运动的过程中外力F的方向始终水平向右D．小球在Q向P运动的过程中外力F的方向始终跟橡皮筋垂直9.（2022·全国·高三课时练习）如图所示，细绳一端固定在A点，跨过与A等高的光滑定滑轮B后在另一端悬挂一个沙桶Q．现有另一个沙桶P通过光滑挂钩挂在AB之间，稳定后挂钩下降至C点，∠ACB=120°，下列说法正确的是A．若只增加Q桶的沙子，再次平衡后C点位置不变B．若只增加P桶的沙子，再次平衡后C点位置不变C．若在两桶内增加相同质量的沙子，再次平衡后C点位置不变D．若在两桶内增加相同质量的沙子，再次平衡后沙桶Q位置上升10.（2022·全国·高三课时练习）2018年10月23日，港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索（所有钢索均处在同一竖直面内）斜拉桥，其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是（）A．增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力B．为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度C．索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下D．为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布二、多选题11．（2021·宁夏·青铜峡市宁朔中学高三阶段练习）已知力F的一个分力F1跟F成30°角，大小未知，另一个分力F2的大小为SKIPIF1<0F，方向未知。则F1的大小不可能是（）A．SKIPIF1<0F B．SKIPIF1<0FC．SKIPIF1<0F D．SKIPIF1<0F12．（2022·全国·高三课时练习）如图所示，质量为M、半径为R的半球形物体A放在水平地面上，通过最高点处大小不计的钉子用水平细线拉住一质量为m、半径为r的光滑球B，重力加速度为g，则（）A．A对地面的压力等于（M＋m）gB．A对地面的摩擦力方向向左C．A对B的支持力大小为SKIPIF1<0mgD．细线对B的拉力大小为SKIPIF1<0mg三、解答题13．（2022·全国·高三课时练习）科学地佩戴口罩，对于新冠肺炎、流感等呼吸道传染病具有预防作用，既保护自己，又有利于公众健康。如图所示为一侧耳朵佩戴口罩的示意图，一侧的口罩带是由直线AB、弧线BCD和直线DE组成的。假若口罩带可认为是一段劲度系数为k的弹性轻绳，在佩戴好口罩后弹性轻绳被拉长了x，此时AB段与水平方向的夹角为37°，DE段与水平方向的夹角为53°，弹性绳涉及到的受力均在同一平面内，不计摩擦，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8。求耳朵受到口罩带的作用力。14.（2022·江苏·高三专题练习）“新冠肺炎”的易传染性让每一个接触到病毒的人都有可能成为被感染的对象。如果在一些易传播的环境中启用机器人替代人工操作的话，就可以有效防控病毒传播，其中送餐服务就是机器人应用的一个领域，只要设置好路线、安放好餐盘，它就会稳稳地举着托盘，到达指定的位置送餐，如图所示。若某一隔离病区的配餐点和目标位置在相距x=43m的直线通道上，机器人送餐时从静止开始启动，加速过程的加速度大小a1=2m/s2，速度达到v=2m/s后匀速，之后适时匀减速，恰好把食物平稳送到目标位置，整个送餐用时t=23s。若载物平台呈水平状态，食物的总质量SKIPIF1<0，食物与平台无相对滑动，g取10m/s2.，试求：(1)机器人加速过程位移的大小x；(2)匀速运动持续的时间t0；(3)减速过程中平台对食物的平均作用力F的大小。15.（