课时受力分析力的合成与分解.ppt

1、第3课时 受力分析 力的合成与分解 考点自清 一、受力分析,示意图,特别提示 受力分析是高中物理的基础，它贯穿于力学、电 磁学等各部分.正确地对研究对象进行受力分析是 解决问题的关键.若受力分析出错，则“满盘皆输”. 受力分析单独考查的也有，但更多的是结合其他 知识解决综合性问题.,施力,物体的运动状态,物体的形状,二、力的合成 1.合力与分力 (1)定义：当一个物体受到几个力的共同作用时, 我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效 果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫做 那几个力的 ，原来的几个力叫做 . (2)逻辑关系：合力和分力是一种 关系. 2.共点力：作用在物体的 ，或作用线的

2、 交于一点的力. 3.力的合成：求几个力的 的过程.,合力,分力,等效替代,同一点,延长,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 和 . (2)三角形定则：把两个矢量 从而求出 合矢量的方法（如图1所示）.,共点力,平,行四边形,方向,首尾相接,大小,图1,名师点拨 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. 三、力的分解 1.概念：求一个力的 的过程. 2.遵循原则： 定则或 定则. 3.分解的方法： （1）按力产生的 进行分解. （2） 分解.

3、,分力,平等四边形,三角形,正交,效果,热点聚焦 热点一 受力分析常用的方法及步骤 1.整体法与隔离法,2.假设法 在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可 先对其作出存在或不存在的情况假设，然后再 就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来 判断该力是否存在. 特别提示 整体法、隔离法在受力分析时要灵活选用： (1)当所涉及的物理问题是整体与外界作用时， 应用整体分析法，可使问题简单明了，而不必 考虑内力的作用. (2)当涉及的物理问题是物体间的作用时，要应 用隔离分析法，这时系统中物体间相互作用的 内力就会变为各个独立物体的外力.,3.受力分析的步骤,特别提示 1.受力分析时，有些力的大小和

4、方向不能准确确 定下来，必须根据物体受到的能够确定的几个力 的情况和物体的运动状态判断出未确定的力的情 况，要确保受力分析时不漏力、不添力、不错力. 2.对于分析出的物体受到的每一个力都应找出其 施力物体，不能无中生有，例如，物体做离心运 动时，有可能会错把“离心力”当作物体受的力. 3.合力和分力不能重复考虑，“性质力”与“效果力” 不能重复考虑.,热点二 共点力合成的方法及合力范围的确定 1.共点力合成的常用方法 (1)作图法 从力的作用点沿两个分力的作用方向按同一标 度作出两个分力F1、F2，以这两个力为邻边作一 个平行四边形，这两个力所夹对角线表示这两个 力的合力.通常可分别用刻度尺和

5、量角器直接量出 合力的大小和方向.,(2)解析法 根据力的平行四边形定则作出力的合成的图示， 如图2所示.,图2,它与F2的夹角为. 以下是合力计算的几种特殊情况：,相互垂直的两个力的合成，如图3所示. 由几何知识可知合力大小为 方向,图4,图5,图3,夹角为的大小相同的两个力的合成，如图4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 方向与 F1夹角为 夹角为120的两等大的力的合成，如图5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，故合力的大小与分力相等.,2.合力范围的确定 (1)两个共点力的合成 F1-F2F合F1+F2 即两

6、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 三个力共线且同向时,其合力最大,为F1+F2+F3. 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.,特别提示 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 形成合力总大于分力的定

7、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.,热点三 力的分解的两种方法 1.按力的效果分解 (1)根据力的实际作用效果确定两个实际分力的 方向; (2)再根据两个实际分力方向画出平行四边形; (3)最后由平行四边形知识求出两分力的大小. 如图6所示,物体的重力G按产生的效果分解为两 个分力,F1使物体下滑,F2使物体压向斜面.,图6,2.正交分解法 (1)定义:把一个力分解为相互垂直的分力的方法. (2)优点:把物体所受的不同方向的各个力都分解 到相互垂直的两个方向上去,然后再求每个方向上 的分力的代数和,这样就把复杂的矢量运算转化成 了简单的

8、代数运算,最后再求两个互成90角的力 的合力就简便多了. (3)运用正交分解法解题的步骤 正确选择直角坐标系,通常选择共点力的作用点 为坐标原点,直角坐标x、y的选择可按下列原则去 确定: (a)尽可能使更多的力落在坐标轴上.,(b)沿物体运动方向或加速度方向设置一个坐标轴. (c)若各种设置效果一样,则沿水平方向、竖直方向 设置两坐标轴. 正交分解各力,即分别将各力投影到坐标轴上, 分别求x轴和y轴上各力投影的合力Fx和Fy,其中 Fx=F1x+F2x+F3x+;Fy=F1y+F2y+F3y+ 求Fx与Fy的合力即为共点力的合力(如图7所示),图7,合力大小: 合力的方向与x轴夹角:=arc

9、tan 特别提示 1.使用正交分解法时,坐标轴的建立非常关键,一 般情况下,应使尽可能多的力“落”在坐标轴上 或关于坐标轴对称. 2.在实际问题中进行力的分解时，有实际意义的 分解方法是按力的实际效果进行分解，其他的 分解方法都是为了解题方便而利用的.,题型探究 题型1 物体的受力分析 如图8所示，物体A靠在竖直墙面上， 在力F作用下，A、B保持静止.物体B的受 力个数为（ ） A.2 B.3 C.4 D.5 求解此题应把握以下三点： (1)整体法分析A不受墙壁弹力. (2)隔离A分析A的受力. (3)隔离B分析B的受力.,图8,思路点拨,解析 以A为研究对象,受力情况如图甲所示,此时, 墙对

10、物体A没有支持力（此结论也可利用整体法得 出） 再以B为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情 况如图乙所示，即要保持物体B平衡，B应受到重 力、压力、摩擦力、力F四个力的作用. 答案 C,方法提炼 受力分析的基本思路,变式练习1 如图9所示，物体A靠在倾 斜的墙面上，在与墙面和B垂直的力F作 用下,A、B保持静止,试分析A、B两物 体受力的个数. 解析 先取B为研究对象,把A看作墙的一部分,受 力如下图所示.,图9,若只受GB和F,B物体不能静止,因此A对B有沿接触 面向上的静摩擦力Ff1,受Ff1则一定有A对B的弹力FN, B受4个力作用. 取AB整体为研究对象,同理可得墙对A有沿墙面向上

11、的静摩擦力Ff2和墙的弹力FNA;由牛顿第三定律知A 还受B的斜向下的静摩擦力Ff1和垂直接触面向上 的弹力FN,还有自身的重力GA,共5个力. 答案 A受5个力,B受4个力,题型2 按力的作用效果分解 如图10所示，=30,装置的重力和摩擦 力均不计，若用F=100 N的水平推力使滑块B保 持静止，则工件上受到的向上的弹力多大？,图10,思路点拨 根据力的实际效果分解力的思维路线： 解析 对B受力分析如图甲得：F2sin =F,对装置上部分受力分析如图乙，其中FN为工件对 装置的压力.得：FN=F2cos ,又F2与F2为作用力与反作用力，故 F2=F2 可得： 由牛顿第三定律得： 工件受到

12、的向上的弹力为100 N. 答案 方法提炼 按力的作用效果分解力时，关键是弄清力的作用 效果，从而确定两个分力的方向，再根据平行四 边形定则作出力的分解图，然后由数学知识求出 分力.,变式练习2 如图11所示为一曲柄压榨机 的示意图，其中O为固定铰链，杆OA与AB 等长.在压榨机铰链A处作用的水平力为F， OB是铅垂线.如果杆和活塞的重力忽略不 计，在已知角的情况下，求活塞作用在 作物体M上的压力.,图11,解析 力F分解为沿杆OA、AB的力FOA、FAB，如图 所示，则 力FAB分解为水平和竖直两个 方向的分力，则所求即竖直分力 答案,题型3 力的合成法在平衡问题中的应用 如图12所示是骨折

13、病人的 牵引装置示意图,绳的一端固定, 绕过定滑轮和动滑轮后挂着一个 重物,与动滑轮相连的帆布带拉着 病人的脚,整个装置在同一竖直平面内.为了使脚 所受的拉力增大,可采取的方法是 ( ) A.只增加绳的长度 B.只增加重物的质量 C.只将病人的脚向左移动 D.只将两定滑轮的间距增大,图12,解析 取动滑轮为研究对象,受力分 析如右图所示,F1、F2为绳子的拉力, F为帆布带的拉力.动滑轮静止时,所 受合外力为零,即F1与F2合力与F等大反向. 只要F1、F2的合力增大,F就增大.当绳的长度增加 时,绳的拉力及绳间的夹角不变,合力不变,A错;当 增加重物质量时,绳拉力增大,夹角不变,合力增大,

14、B对;病人的脚左移时,绳间的夹角减小,合力增大, C对;定滑轮间距增大时,夹角增大,合力减小,D错. 答案 BC,规律总结 1.物体在三个共点力作用下平衡时,任意两个力的 合力与第三个力等大反向. 2.当两个力之间的夹角减小时,合力增大;夹角增 大时,合力减小.,变式练习3 如图13所示, ACB是一光 滑的、足够长的、固定在竖直平面内 的“”形框架,其中CA、CB边与竖 直方向的夹角均为.P、Q两个轻质小 环分别套在CA、CB上,两根细绳的一 端分别系在P、Q环上,另一端和一绳套系在一起,结 点为O.将质量为m的钩码挂在绳套上,OP、OQ两根 细绳拉直后的长度分别用l1、l2表示,受到的拉力

15、分别 用F1和F2表示,则 ( ) A.若l1=l2,则两绳受到的拉力F1=F2 B.若l1=l2,则两绳受到的拉力F1F2 C.若l1l2,则两绳受到的拉力F1=F2,图13,解析 当物体达到平衡状态时,绳拉力的方向与框 架垂直.受力分析如下图所示,OP、OQ与竖直方向 的夹角都为,因此不管两绳长度如何,拉力都相等. 答案 AD,素能提升 1.两倾斜的滑杆上分别套有A、B 两个圆环，两圆环上分别用细 线悬吊着一个物体，如图14所示. 当它们都沿滑杆向下滑动时，A 的悬线与滑杆垂直，B的悬线竖直向下,则( ) A.A圆环与滑杆无摩擦力 B.B圆环与滑杆无摩擦力 C.A圆环做的是匀速运动 D.B

16、圆环做的是匀速运动,图14,解析 由于A圆环与物体的连线与滑杆垂直，对物 体研究，将物体的重力沿滑杆的方向和垂直于滑杆 的方向分解，则沿滑杆向下的分力产生的加速度为 gsin ,对整体研究，整体沿滑杆向下运动，整体 要有沿滑杆向下的加速度必须是A圆环与滑杆的摩 擦力为零，A正确；对B圆环连接的物体研究，由于 连接圆环与物体的绳竖直向下，物体受到的合力如 果不为零，合力必定沿竖直方向，合力在垂直于滑 杆的方向上的分力必产生加速度，这与题意矛盾， 物体在垂直于滑杆的方向上速度为零，因此物体受 到的合力必为零，物体和圆环一起做匀速运动.D正 确. 答案 AD,2.有两个互成角度的共点力夹角为， 它们

17、的合力F随变化的关系如图 15所示，那么这两个力的大小分别 是（ ） A.1 N和6 N B.2 N和5 N C.3 N和4 N D.3.5 N和3.5 N 解析 设两分力分别为F1、F2，由图知F1+F2= 7 N，|F1-F2|=1 N.解得F1=4 N，F2=3 N，故选 C.,图15,C,3.如图所示,F1、F2、F3恰好构成封闭的直角三角形(顶 角为直角).下列四个图中,这三个力的合力最大的是 ( ) 解析 A选项中把F2平移到F1和F3的箭尾处,F2和F3 构成的平行四边形的对角线正好和F1重合,即合力的 大小为F1,方向与F1同向,则F1、F2、F3三个力的合 力为2F3；同样的

18、方法，B选项中把F3平移，可以求 得合力为零;C选项中把F3平移,可以求得合力为2F1; D选项中把F1平移,可以求得合力为2F2,又因为图中 的线段的长短表示力的大小,所以位于斜边上的F1 最大.,C,4.一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16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.三力的合力有惟一值3F3，方向与F3同向 C.三力的合力有惟一值2F3，方向与F3同向 D.由题给条件无法求出合力大小,图16,解析 根据三力的图示，知F1、F2在竖直方向分力 的大小均为3个单位，方向相反，在水平方向的分 力分别为6个单位和2个单位，方向与F3方向相同. 根据用正交分解法求合力的思想知，3个力的合力 为12个单位，与F3的方向相同，大小是F3的3倍， 即F合=3F3.选项B正确. 答案 B,5.如图17所示,人由曲膝下蹲时,膝 关节弯曲的角度为,设此时大、 小腿部的肌群对膝关节的作用力 F的方向水平向后,且大腿骨、小 腿骨对膝关节的作用力大致相等, 那么脚掌所受地面竖直向上的弹力约为( ) A. B. C. D.,图17,D