二. 知識要點:
理解力的合成和合力的概念。掌握力的平行四邊形定則。會用作圖法求共點力的合力,會用三角形知識計算合力。
知道合力大小與分力間夾角關係,知道向量概念。理解力的分解和分力概念。理解力的分解是力的合成的逆運算,遵循力的平行四邊形定則。
能根據力的實際作用效果進行力的分解。會計算分力大小。
三. 學習中注意點:
(一)力的合成、合力與分力
1. 合力與分力:如果乙個力作用在物體上,產生的效果,與另外幾個力同時作用於這個物體上產生的效果相同,原來的乙個力就是另外幾個力的合力。另外幾個力叫分力。
合力是幾個力的等效力,是互換的,不是共存的。
2. 共點力:幾個力的作用點相同,或幾個力的作用線相交於乙個點,這樣的力叫共點力。
3. 力的合成:求幾個共點力的合力的過程叫力的合成。
力的合成就是在保證效果相同的前提下,進行力的替代,也就是對力進行化簡,使力的作用效果明朗化。
現階段只對共點(共面)力進行合成。
4. 平行四邊形定則:兩個共點力的合力與分力滿足關係是:以分力為鄰邊做平行四邊形,以共點頂向另一頂點做對角線,即為合力。這種關係叫平行四邊形定則。
5. 力的合成方法:幾何作圖法,計算法。
6. 多個力的合成先取兩個力求合力,再與第三個力求合力,依次進行下去直到與最後乙個分力求得的合力就是多個力的合力。
7. 力是向量:有大小有方向遵循平行四邊形定則。凡向量有大小有方向還要遵循平行四邊形定則。
(二)力的分解
1. 力的分解:由乙個已知力求分力的過程叫力的分解。
2. 力的分解中分力與合力仍遵循平行四邊形定則,是力的合成的逆運算。
3. 分解乙個力時,對分力沒有限制,可有無數組分力。
4. 分解力的步驟
(1)根據力作用效果確定分力作用的方向,作出力的作用線。
(2)根據平行四邊形定則,作出完整的平行四邊形。
(3)根據數學知識計算分力
5. 乙個力分解為二個分力的幾種情況
(1)已知合力及兩分力方向,求分力大小,有唯一定解。
(2)已知合力及乙個分力的大小方向,求另一分力大小方向,有唯一定解。
(3)已知合力及乙個分力方向,求另一分力,有無陣列解,其中有一組是另一分力最小解。
(4)已知合力和乙個分力的方向,另一分力的大小,求解。
如已知合力f,乙個分力f1的方向,另一分力f2的大小,且f與f1夾角()可能有一組解,可能有兩組解,也可能無解。
(5)已知合力及兩個分力大小,求分力(方向)
可能一組解,可能兩組解,也可能無解。
【典型例題】
[例1] 兩個力大小均為100n,夾角為,求合力。
解法一:幾何方法
(1)取2cm表示50n。
(2)作兩分力,夾角。
(3)作平行四邊形(另兩邊畫虛線)
(4)作對角線量出長度,得6.9cm,。
(5)量得(可以證明)。
解法二:計算
作力的示意圖
(n)合力大小為173n,與分力夾角均為
∴ [例2] 試證,分力大小為f1f2,合力大小為f,
幾何法:以f1f2為鄰邊做平行四邊形,f為對角線,平行四邊形對邊相等
在中,由三角形三邊關係
,當同向時,
,當反向時,(若則)
代數法: 為兩分力夾角
當時,時, 推論:若三個力合力為0,其中乙個力與另兩力的合力大小相等。其中,。
[例3] 放在斜面上的物體受到水平推力f,斜面傾角為,求f的分力(見圖3—1)
圖3—1
解:推力f的作用一是使物體沿面有運動(或運動趨勢)因此,沿斜面方向有f的分力f1,向右推物體使物體對斜面壓力變化,f有垂直斜面的分力f2。
[例4] 三角支架頂端懸一重g的物體,見圖3—2,求重物的拉力對支架作用大小。
圖3—2
解:重物拉力作用在支架上ac、bc形變只是長度的改變,從而發生乙個微小形變,ac是伸長形變,bc是壓縮形變。
∴ 分力方向如圖示
[例5] 斜面傾角為,物體沿斜面勻速下滑。證明:物體與斜面間摩擦因數。
證明:物體沿斜面下滑受三個力,重力g,滑動摩擦力f,斜面支援力fn。重力使物體沿斜面下滑,壓緊斜面。
∴ 重力的分力為,如圖3—3示
沿斜面勻速滑動,
又∴ ∴
圖3—3
【模擬試題】
1. 兩個大小相等同時作用於乙個物體上的兩個力,當它們之間夾角為時,其合力大小為f,當兩力夾角為時,合力大小為( )
a. 2f b. f c. f d. f
2. 質量為8kg的物體,放在水平面上受到水平推力f=10n的作用,向右運動見圖3—4所示。若物體與水平面間的摩擦因數,物體所受到的合力為( )(g取10n/kg)
a. 大小為2.0n,水平向右b. 大小為2.0n,水平向左
c. 大小為12.8n,水平向右 d. 0
圖3—4
3. 下列各組共點力在乙個平面內,合力可能為0的是( )
a. 15n、5n、6nb. 3n、6n、4n
c. 2n、7n、10nd. 11n、7n、14n
4. 在乙個平面內的6個共點力,相鄰力的夾角均為,大小如圖3—5示,則這6個力的合力為( )
a. 0b. 3n與6n的力同向
c. 3n與5n的力同向d. 6n與5n的力同向
圖3—5
5. 要將力f沿虛線分解為兩個分力,哪些是無法分解的( )
abcd
圖3—6
6. 在圖3—7中,球置於斜面與豎直擋板之間,把球的重力g分解為兩個分力,下述正確的是( )
a. 平行於斜面,垂直於斜面b. 垂直於斜面,垂直於擋板
c. 垂直於檔板,平行於斜面d. 平行於斜面,平行於擋板
圖3—7
7. 在圖3—8中,兩段繩的連線點懸一重物。保持ab繩水平方向不變,bc沿逆時針緩慢轉動,則ab、bc繩的拉力大小變化是( )
a. 增大,增大b. 減小,減小
c. 減小,先增大後減小 d. 減小,先減後增
圖3—8
8. 一段輕繩,一端固定在橋上,另一端系一重物g。用一輕桿加一滑輪支起繩某一點使繩與豎直方向成,如圖3—9所示。
若輕杆可繞o點轉動,輕杆與豎直方向成多大角能支撐住繩和重物,此時杆的支援力多大?
圖3—9
9. 兩人以水平拉力拉一物體沿地面上直線前進,若其中一人用力150n,與前進方向成。另一人對物體施加力的最小值是多大?與前進方向成多大角?
10. 圖3—10中,三角形支架ab⊥ca,bc與豎直方向成,ab、bc均為輕杆,重物g=100n。輕杆ab的拉力和bc的支援力各多大?
圖3—10
試題答案
1. b 2. a 3. b、d 4. d 5. b、c、d 6. b 7. b
8. 繩上各點拉力均為g,滑輪受繩壓力如下圖示,f=g,與繩的夾角均為。
∴ 輕杆與豎直方向成時,能支撐住繩和重物,支撐力大小為g。
9. f1方向一定,與f2合力方向與前進方向一致,f2與前進方向垂直時最小
大小為n(此時合力不是最大也不是最小)
10. 重物拉力分解為fa,fc
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