《第三章 研究物体间的相互作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 研究物体间的相互作用（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第三章 研究物体间的相互作用 第三节 力的合成与分解 共点力平衡学案 戴奕浓班级_姓名_学号_【学习目标】1.能从力的作用效果理解合力和分力的概念。2.进一步理解矢量和标量的概念，知道它们有不同的运算规则。3.掌握力的平行四边形定则，知道它是矢量合成的普遍规则。会用作图法求共点力的合力。会用直角三角形知识计算合力。4.掌握共点力作用下物体的平衡条件：物体受到的合外力为零即 F 合 =0【学习重点】力的平行四边形定则应用，共点力作用下物体的平衡条件的应用【学习难点】 动态平衡分析【自主学习】一、力的合成与分解1.合力和分力如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相
2、同，则这个力就叫那几个力的 合力 ，而那几个力就叫这个力的 分力 。2.二合力和分力的关系：等效替代 关系，并不同时作用于物体上，所以不能把合力和分力同时当成物体受的力。3.平行四边形定则求两个互成角度的力的合力，可以用表示这两个力的线段作邻边，作平行四边形，它的 对角线 就表示合力的大小和方向 这叫做力的平行四边形定则。4.共点力物体同时受几个力的作用，如果这几个力都作用于物体的同一点或者它们的作用线交于同一点，这几个力叫共点力5.共点力的合成（1 ）作图法(图解法)：以力的图示为基础，以表示两个力的有向线段为邻边严格画出平行四边形，然后量出这两个邻边之间的对角线的长度，从与图示标度的比例关
3、系求出合力的大小，再用量角器量出对角线与一个邻边的夹角，表示合力的方向。注意：作图时要先确定力的标度，同一图上的各个力必须采用同一标度。表示分力和合力的有向线段共点且要画成实线，与分力平行的对边要画成虚线，力线段上要画上刻度和箭头。（2 ）计算法：先根据力的平行四边形定则画出力的合成示意图，然后运用数学知识求合力大小和方向。二、共点力作用下物体的平衡1.平衡状态物体保持静止或匀速运动状态高中物理研究的物体平衡包括以下两种情况(1)静态平衡：是指物体处于_静止_状态，其本质特征是物体所受合力为_零_，运动学特征为_速度_为零，加速度 也为零(2)动态平衡：是指物体处于匀速直线运动状态，其本质特征
4、仍是物体所受合力为零，运动学特征为_速度_恒定，加速度为零对平衡状态的理解：若 a0 且_ v0_，是物体保持静止状态的充要条件；若 a0，v0，只能说物体的瞬时速度为零，而不能说物体处于平衡状态平衡状态的根本特征是_ a0 而非 v02.共点力平衡条件：物体受到的合外力为零即 F 合 =0 2N12343.平衡条件推论：（1）三力汇交原理：当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时，这三个力必交于一点（2 ）物体受到 N 个共点力作用而处于平衡状态时，取出其中的一个力，则这个力必与剩下的（N-1）个力的合力等大反向 。（3）三个力作用于物体使物体平衡，则这三个力的图示必构成封闭的三角形。（4）
5、若采用正交分解法求平衡问题，则其平衡条件为：F x 合 =0，F y 合 =0；4.用平衡条件解题的常用方法（1）力的合成法 物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合力必跟第三个力等大反向，可利用力的平行四边形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解（2）正交分解法 将各个力分别分解到 X 轴上和 y 轴上，运用两坐标轴上的合力等于零的条件，多用于三个以上共点力作用下的物体的平衡值得注意的是，对 x、y 方向选择时，尽可能使落在 x、y 轴上的力多；被分解的力尽可能是已知力，不宜分解待求力【例题与拓展】【例一】如图所示，一物体受 1N、2N、3N、4N 个力作用而平衡且沿 3
6、N 的力的方向作匀速直线运动，现保持 1N、3N、4N 三个力的方向和大小不变，而将 2N 的力绕 O 旋转 60，此时作用在物体上的合力大小为：（ ）A、1N B、2N 3N D、4N【变式训练 1】物体几个共点力作用时其合力为零，如果撤去正东方向 2N 的力，又撤去正南方向 6N 的力，再撤去正西方向 10N 的力，此时物体受的合力为 10 N，方向是东偏北 37o。【例二】沿光滑的墙壁用网兜把一个篮球挂在点，如图，篮球的质量为 m，网兜的质量不计，篮球与墙壁的接触点为，悬绳与墙壁的夹角为 ，求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力。解析:（1）取足球和网兜作为研究对象，受三个力的作用，重力 G
7、，墙壁支持力 F1，悬绳的拉力 F2，如图所示，取水平方向为 X 轴，竖直方向为 Y 轴，将 F2分别沿 X 轴和 Y 轴方向进行分解，由平衡条件可知，在 X 轴和 Y 轴方向上的合力 FX和 FY应分别等于零， FX 合 = F1-F2Sin=0 FY 合 = F2cos-mg=0 由式解得：F 2=mg/cos 代入式得 F1=F2Sin=mgtan（1 分）【变式训练 2】用一轻绳将小球 P 系于光滑墙壁上的 O 点，在墙壁和球 P 之间夹有一矩形物块Q，如图所示.P、Q 均处于静止状态，则下列相关说法正确的是A. P 物体受 4 个力 B. Q 受到 3 个力C. 若绳子变长，绳子的拉
8、力将变小 D.若绳子变短，Q 受到的静摩擦力将增大【例三】一球放在光滑斜面和光滑挡板间，开始挡板位于竖直方向，如图所示，把板逆时针缓慢转向水平的过程中，球对斜面和对挡板的压力将怎样变化？解：球对斜面的压力减小，球对挡板的压力先减小后增大缓慢变化挡板角度的过程，光滑球处于平衡状态.此过程光滑球受三个力的作用：重力、斜面对物体的支持力 N1、竖直挡板对物体的支持力 N2，由平衡条件可知，三个力的合力为零.由于重力的方向竖直向下，且大小不变，则 N1和 N2的合力方向与重力的方向相反，竖直向上，且大小不变.由于挡板的角度发生变化，N 2的方向发生变化，N 1、N 2的合力不变，所以 N1、N 2的大
9、小发生变化.画矢量图如下图所示，由于斜面对物体的支持力的方向不变，所以平行四边形的一条边方向不变.挡板的方向发生变化，则 N2的方向发生变化.平行四边形对角线的长度不变，平行四边形的形状发生变化.N 1、N 2变化，mgF1F2o xy3PQO ABCF观察图形结果 N1变小，N 2是先变小后变大. 【变式训练 3】固定在水平面上的光滑半球，半径为 R，球心 O 的正上方固定一个定滑轮，细线一端拴一小球，置于半球面的 A 点，另一端绕过定滑轮，如较长所示，现缓慢地将小球从 A 点拉到 B 点，则此过程中，小球对半球的压力大小 、细线的拉力大小 的变化情况如何？NFF例二图 变式训练 2 图 例
10、三图 变式训练 3 图【解析】对 A 进行受力分析，如图所示，力三角形 AF N 与几何三角形 OBA 相似，由相似三角形对应边成比例，解得 N 不变， T 变小.【例四】重为 20的物体放在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为 0.2，今对物体施加一个与水平方向成 37o 角的斜向上的拉力，当为多大时物体做匀速运动？（sin37 o=0.6；cos37 o=0.8）解：由物体的受力图，建立如图所示的直角坐标系，根据共点力平衡条件得：Fcos-f=0Fsin+N-mg0 f=N把已知数据代入解得：4.35(N)【变式训练 4】如图所示，物体质量为 m，与竖直墙壁之间的动摩擦因数为 ，用与墙面
11、成 的力，使木块沿墙匀速向上运动，则的大小为多少？若木块匀速向下运动呢？解：（1）当木块沿墙匀速向上运动时，物体的受力如图所示,建立如图所示的直角坐标系，根据共点力平衡条件得：F-f-mg =0F-N0 f=N把已知数据代入解得：mg / （cos- sin ）（2）当木块沿墙匀速向下运动时，物体的受力如图所示,建立如图所示的直角坐标系，根据共点力平衡条件得：Fcos+f-mg =0Fsin-N0 FF37fmgN FXFy YXmgNFo xyfmgNFo xy f4Nf=N把已知数据代入解得：mg / （cos+sin）【例五】如图所示，用跟水平方向成 角的推力 F 推重量为 G 的木块沿
12、天花板向右运动，木块和天花板间的动摩擦因数为 ，求木块所受的摩擦力大小解析：选择木块作为研究对象，受力分析如图所示由竖直方向合力为零可得 FN=Fsin-G，因此有：f =(Fsin-G).【变式训练 5】质量为 m 的物体在倾角为 的斜面上恰好匀速下滑。若将该物体用平行于斜面的力匀速推上斜面，则推力大小为多少？物体与斜面间的动摩擦因数 为多少？解：匀速下滑时，物体受力如图所示，根据共点力平衡条件有：mgsina=mgcosa 当用推力将物体匀速推上斜面时，同理有：F=mgcosa+mgsina 由、得，F=2mgsina 由得，物体与斜面间的动摩擦因数：=tana 【例六】如右图所示，是地面
13、，是两个长方形的物块，沿水平方向作用于物块上，、以相同的速度匀速运动，则对的摩擦力 F1 0 ，受到的摩擦力大小为 F2 F 。 C 【变式训练 6】如图所示，三角形劈块放在粗糙的水平面上，劈块上放一个质量为 m 的物块，物块和劈块均处于静止状态，则粗糙水平面对三角形劈块( )A有摩擦力作用，方向向左；B有摩擦力作用，方向向右；C没有摩擦力作用；D条件不足，无法判定【针对训练】1.两个共点力的合力与分力的关系是 （ C ） A.合力大小一定等于两个分力大小之和B.合力大小一定大于两个分力大小之和C.合力大小可能比两个分力大小都大，可能都小，也可能比一个分力大，比另一个分力小D.合力大小一定大于
14、一个分力的大小，小于另一个分力的大小2.作用在同一点的两个力，大小分别为 5N 和 2N，则它们的合力不可能是（ CD ）A5N B4N C2N D9N 3.已知两个共点力的合力 F 的最大值为 180N，合力 F 的最小值为 20N，则这两个共点力的大小分别是 （ C ）A110N，90N B200N，160N C100N，80N D90N，70N4.三个共点力的大小分别为 F1=5N，F 2=10N，F 3=20N，则它们的合力（ ABD ） mgNf 滑mgNFf 滑5风mFM 第 13 题图A不会大于 35N B最小值为 5N C可能为 0 D可能为 20N 5.两个共点力的合力为 F，如果它们之间的夹角 固定不变，而其中一个力增大，则（ ）A.合力 F 一定增大 B.合力 F 的大小可能不变C.合力 F 可能增大，也可能减小 D.当 090时，合力 F 一定减小6.几个共点力作用在一个物体上，使物体处于静止状态当其中某个力 F1 停止作用时，以下判断中正确的是（ ） A物体将向着 F1 的方向运动
