2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修1 第3章相互作用-力第4节力的合成和分解(21)课件

力的合成和分解知识点一力的合成1合力与分力(1)定义：如果几个力共同作用产生的效果与一个力的作用效果相同,这一个力就叫做那几个力的_,那几个力叫做这一个力的_(2)关系：合力与分力是_关系合力分力等效替代2共点力作用在物体的同一点,或作用线的_交于一点的几个力如图所示均为共点力延长线3力的合成(1)定义：求几个力的_的过程(2)运算法则平行四边形定则：求两个互成角度的分力的合力,可以用表示这两个力的线段为_作平行四边形,这两个邻边之间的_就表示合力的大小和方向如图甲所示,F1、F2为分力,F为合力合力邻边对角线三角形定则：把两个矢量的首尾顺次连接起来,第一个矢量的首到第二个矢量的尾的_为合矢量如图乙,F1、F2为分力,F为合力有向线段 知识点三矢量和标量1矢量：既有大小又有_的物理量,叠加时遵循_定则,如速度、力等2标量：只有大小没有_的物理量,求和时按_法则相加,如路程、速率等方向平行四边形方向代数思考辨析(1)合力与原来那几个力同时作用在物体上()(2)合力一定时,两等大分力间的夹角越大,两分力越小()(3)两个力的合力不可能比其分力小()(4)对力分解时必须按作用效果分解()(5)区别矢量与标量的根本是遵守的运算法则()情境探究1.科技的发展正在不断地改变着我们的生活,图(甲)是一款放在水平桌面上的手机支架,其表面采用了纳米微吸材料,用手触碰无粘感,接触到平整光滑的硬性物体时,会牢牢吸附在物体上.图(乙)是手机静止吸附在该手机支架上的侧视图,若手机的重力为G,手机支架对手机的力有几个?其对手机的合力多大?方向向哪?答案:对手机受力分析,受重力、弹力、摩擦力和吸引力,可知手机支架对手机的力有三个.因手机静止,受力平衡,故手机支架对手机的三个力的合力与重力平衡,大小F合=G,方向竖直向上.2.减速带是交叉路口常见的一种交通设施,车辆驶过减速带时要减速,以保障行人的安全.当汽车前轮刚爬上减速带时,减速带对车轮的弹力为F,此弹力产生的作用效果是什么?如何把它按照力的作用效果进行分解?答案:减速带对车轮的弹力有两个作用效果,一个是与运动方向相反的阻力作用,另一个则是向上的作用效果,按照力的作用效果分解如图所示.3.图(甲)是某同学写字时的握笔姿势,图(乙)是他在握笔时把拇指和食指松开时的状态,笔尖仍然斜向下且笔保持静止状态.(1)两图中笔是否受到摩擦力的作用?图(甲)中手的握力越大,所受的摩擦力是否增大?(2)两图中手对笔的作用力多大?方向向哪?答案:(1)对图(甲)中的笔受力分析,受到手指的压力、重力、摩擦力,如果没有受到摩擦力,笔就会顺着手指滑下来;对图(乙)中的笔受力分析,受到重力、支持力,如果没有受到摩擦力,笔就会顺着手指滑下来,故两图中笔都受到静摩擦力的作用.静摩擦力和握力无关,故图(甲)中握力增大,摩擦力不会增大.(2)因为两图中的笔都处于静止状态,所以手对笔的作用力应与重力大小相等、方向相反,即竖直向上.答案：B2人教版必修1P66T2改编一个竖直向下的180 N的力分解为两个分力,一个分力在水平方向上并等于240 N,则另一个分力的大小为()A60 NB240 NC300 ND420 N答案：C考点一力的合成自主演练1两个共点力的合成|F1F2|F合F1F2,即两个力大小不变时,其合力随夹角的增大而减小,当两力反向时,合力最小；当两力同向时,合力最大2三个共点力的合成(1)最大值：三个力共线且同向时,其合力最大,为F1F2F3.(2)最小值：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大小之和3.几种特殊情况的共点力的合成4.重要结论两个分力一定时,夹角越大,合力越小.合力一定,两等大分力的夹角越大,两分力越大.合力可以大于分力、等于分力,也可以小于分力.多维练透1如图所示,两人同时用大小相等的力沿不同方向拉小船,且两力关于小船轴线对称,下列几种情况中,合力最大的是()解析：合力与分力的关系遵循平行四边形定则,两等大分力夹角越小,合力越大,故选项A正确答案：A答案：B3.在平面内有作用于同一点的四个力,以力的作用点为坐标原点O,四个力的方向如图所示,其中F16 N,F28 N,F34 N,F42 N这四个力的合力方向指向()A第一象限 B第二象限C第三象限 D第四象限答案：A4某物体同时受到2个共点力的作用,在如图所示的四种情况中(坐标纸中每格的边长均表示1 N大小的力),物体所受合外力最大的是()答案：C(3)多个共点力的合成方法：考点二力的分解1.力的分解常用的方法2.力的分解的唯一性分析(1)已知合力F和两分力的方向,两分力有唯一的确定值.按力F的作用效果分解,属于此类情况.(2)已知合力F和一个分力F1的大小与方向,另一分力F2有唯一的确定值.(3)已知一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小,对力F进行分解,则有三种可能(F1与F的夹角为).如图所示:F2Fsin 时无解.F2=Fsin 或F2F时有一组解.Fsin F2F时有两组解.(1)力的分解问题的选取原则选用哪一种方法进行力的分解要视情况而定,一般来说,当物体受到三个或三个以下的力时,常利用矢量三角形法或按作用效果进行分解,若这三个力中,有两个力互相垂直,可选用正交分解法.当物体受到三个以上的力时,常用正交分解法.(2)按作用效果分解力的一般思路反思总结力的效果分解法的步骤正交分解法的步骤考点二力的分解师生共研题型1|效果分解法例1(多选)明朝谢肇淛的五杂组中记载：“明姑苏虎丘寺塔倾侧,议欲正之,非万缗不可一游僧见之曰：无烦也,我能正之”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去,经月余扶正了塔身假设所用的木楔为等腰三角形,木楔的顶角为,现在木楔背上加一力F,方向如图所示,木楔两侧产生推力FN,则()A若F一定,大时FN大 B若F一定,小时FN大C若一定,F大时FN大 D若一定,F小时FN大答案：BC答案：A练1如图所示,被轻绳系住静止在光滑斜面上的小球若按力的实际作用效果来分解小球受到的重力G,则G的两个分力的方向分别是图中的()A1和4 B3和4C2和4 D3和2解析：小球的重力产生两个效果,一是使绳子拉伸,二是使斜面受压,故应按这两个方向分解,分别是3和4,故B正确,A、C、D错误答案：B练2如图所示,建筑装修中工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨,当对磨石施加竖直向上大小为F的推力时,磨石恰好沿斜壁向上匀速运动已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为,斜壁与竖直方向的夹角为,则磨石受到的摩擦力是()A(Fmg)cos B(Fmg)sin C(Fmg)cos D(Fmg)答案：A解析：分析磨石的受力情况,其受重力mg、弹力FN(垂直于斜壁向下)、摩擦力Ff(沿斜壁向下)、外力F四个力,沿斜壁和垂直于斜壁方向把这四个力正交分解,由于磨石处于平衡状态,在沿斜壁方向有mg cos FfF cos,垂直于斜壁方向有FNmg sin F sin,FfFN,则Ff(Fmg)cos,选项A正确练3如图所示,质量M60 kg的人用绳子通过定滑轮拉着质量m10 kg的物块一直保持静止不动若不计绳与滑轮的摩擦,绳与竖直方向的夹角为60,g取10 m/s2.下列说法中正确的是()A人对地面的压力大小为550 NB地面对人的摩擦力大小为50 NC绳对滑轮的作用力大小为100 ND人的质量越大受到地面的摩擦力越大答案：A考点三“死结”和“活结”模型多维探究题型1|“死结”模型“死结”可理解为把绳子分成两段,且不可以沿绳子移动的结点“死结”两侧的绳因结而变成了两根独立的绳,因此由“死结”分开的两段绳子上的弹力不一定相等题型2|“活结”模型“活结”可理解为把绳子分成两段,且可以沿绳子移动的结点“活结”一般是由绳跨过滑轮或者绳上挂一光滑挂钩而形成的绳子虽然因“活结”而弯曲,但实际上是同一根1.“死结”与“活结”模型的比较模型结构模型结构模型解读模型解读模型特点模型特点“死结死结”把绳子分为两段把绳子分为两段,且不可沿绳且不可沿绳子移动子移动,“死结死结”两侧的绳因结而变成两侧的绳因结而变成两根独立的绳两根独立的绳“死结死结”两侧的绳两侧的绳子张力不一定相等子张力不一定相等“活结活结”把绳子分为两段把绳子分为两段,且可沿绳移且可沿绳移动动,“活结活结”一般由绳跨过滑轮或绳上一般由绳跨过滑轮或绳上挂一光滑挂钩而形成挂一光滑挂钩而形成,绳子因绳子因“活结活结”而弯曲而弯曲,但实际为同一根绳但实际为同一根绳“活结活结”绳子上的绳子上的张力大小处处相等张力大小处处相等例3 如图,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处；绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连甲、乙两物体质量相等系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为和.若70,则等于()A45 B55 C60 D70解析：O点受力如图因为甲、乙物体质量相等所以F1与F2大小相等,合成的平行四边形为菱形,70,则1255F1和F2的合力与F3等大反向,2,故B正确答案：B例4 如图所示,细绳一端固定在A点,另一端跨过与A等高的光滑定滑轮B后悬挂一个砂桶Q(含砂子)现有另一个砂桶P(含砂子)通过光滑挂钩挂在A、B之间的细绳上,稳定后挂钩下降至C点,ACB120,下列说法正确的是()A若只增加Q桶中的砂子,再次平衡后P桶位置不变B若只增加P桶中的砂子,再次平衡后P桶位置不变C若在两桶内增加相同质量的砂子,再次平衡后P桶位置不变D若在两桶内增加相同质量的砂子,再次平衡后Q桶位置上升答案：C解析：如图所示,由于不计摩擦,线上张力处处相等,且轻环受细线的作用力的合力方向指向圆心由于a、b间距等于圆弧半径,则aOb60,进一步分析知,细线与aO、bO间的夹角皆为30.取悬挂的小物块研究,悬挂小物块的细线张角为120,由平衡条件知,小物块的质量与小球的质量相等,即为m.故选项C正确答案：C“动杆”与“定杆”模型的比较模型结构模型结构模型解读模型解读模型特点模型特点“动杆动杆”轻杆用光滑的转轴或轻杆用光滑的转轴或铰链连接铰链连接,轻杆可围绕轻杆可围绕转轴或铰链自由转动转轴或铰链自由转动当杆处于平衡状态时当杆处于平衡状态时,杆杆所受的弹力方向一定沿杆所受的弹力方向一定沿杆“定杆定杆”轻杆被固定在接触面轻杆被固定在接触面上上,不发生转动不发生转动杆所受的弹力方向不一定杆所受的弹力方向不一定沿杆沿杆,可沿任意方向可沿任意方向力的合成与分解在生产、生活中的应用(STSE问题)例1 生活如图所示是山区村民用斧头劈柴的剖面图,图中BC边为斧头背面,AB、AC边是斧头的刃面要使斧头容易劈开木柴,则应()A缩短BC边,AB边也缩短些BBC边延长些,AB边缩短些CBC边缩短些,但AB边延长些DBC边延长些,AB边也延长些解析：如图所示,斧头劈柴的力形成对木柴两端的挤压力,两力与斧头的AB、AC边相互垂直；则可知当BC边缩短一些,AB边延长一些时两力之间的夹角更大,则两分力更大,更容易劈开木柴,故C正确答案：C解析：运动员处于静止状态,即平衡状态,每只手都承受自身重力的一半,和角度无关,A正确,B、C错误；由牛顿第三定律知当不同时,运动员与地面间的相互作用力大小相等,D错误误区警示：请注意审题：题目A、B两项问的是单手对地面的正压力即弹力的大小,故可用整体法直接快捷求解答案：A答案：B