沪科版高考物理一轮复习：必修1第2章第2节《力的合成与分解、共点力的平衡》ppt精编课件.ppt

第2节力的合成与分解共点力的平衡 一 力的合成1 合力与分力 1 定义 如果一个力 跟几个力共同作用的效果相同 这一个力就叫那几个力的 那几个力就叫这个力的 产生的效果 合力 分力 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 交于一点的力 3 力的合成 求几个力的 的过程 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 共点力 平行四边形 大小 方向 2 三角形定则 把两个矢量 从而求出合矢量的方法 如图2 2 1 首尾相接 图2 2 1 思考感悟1 合力一定比分力大吗 提示 不一定 合力的 合 不是 和 合力不一定大于分力 可能比分力大 可能比分力小 也可能与分力相等 也可能为零 二 力的分解1 概念 求一个力的 的过程 2 遵循的原则 定则或 定则 3 分解的方法 1 按力产生的 进行分解 2 分解 分力 平行四边形 三角形 效果 正交 三 共点力的平衡平衡状态 物体处于 或 状态 2 共点力的平衡条件 静止 匀速直线运动 0 0 0 3 平衡条件的推论 1 二力平衡如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态 这两个力必定大小 方向 为一对 相等 相反 平衡力 2 三力平衡如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态 其中任意两个力的 一定与第三个力大小 方向 合力 相等 相反 3 多力平衡如果物体受多个力作用处于平衡状态 其中任何一个力与其余力的 大小 方向 合力 相等 相反 思考感悟2 物体的速度为零一定处于平衡状态吗 提示 物体的速度为零 物体不一定处于平衡状态 当物体所受合力为零 或加速度为零 时物体才处于平衡状态 一 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 从力的作用点起 按同一标度作出两个分力F1和F2的图示 再以F1和F2的图示为邻边作 平行四边形 画出过作用点的对角线 量出对角线的长度 计算出合力的大小 量出对角线与某一力的夹角确定合力的方向 如图所示 2 计算法 根据平行四边形定则作出示意图 然后利用解三角形的方法求出合力 几种特殊情况 2 合力范围的确定 1 两个共点力的合成 F1 F2 F合 F1 F2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 为 F1 F2 当两力同向时 合力最大 为F1 F2 2 三力合成 三个力共线且同向时 其合力最大 为F1 F2 F3 以这三个力的大小为边 如果能组成封闭的三角形 则其合力最小值为零 若不能组成封闭的三角形 则合力最小值的大小等于最大的一个力减去另外两个力的和的绝对值 三个大小为F的力夹角互为120 时 合力为零 特别提醒 进行力的合成时 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 合力与分力谁大谁小要视具体情况而定 不能形成合力总大于分力的固定思维 即时应用1 2018 高考广东理综卷 如图2 2 2所示的水平面上 橡皮绳一端固定 另一端连接两根弹簧 连接点P在F1 F2和F3三力作用下保持静止 图2 2 2 A F1 F2 F3B F3 F1 F2C F2 F3 F1D F3 F2 F1 解析 选B P点在三力F1 F2 F3作用下保持静止 则其合外力为零 F1 F2的合力F12与F3等大反向 对三角形PF1F12 由大角对大边可知 F12 F1 F2 从而可得F3 F1 F2 故选项B正确 二 分解力的方法1 按力产生的效果进行分解下列是高中阶段常见的按效果分解力的情形 2 力的正交分解 1 正交分解法把一个力分解为互相垂直的两个分力 特别是物体受多个力作用时 把物体受到的各力都分解到互相垂直的两个方向上去 然后分别求出每个方向上力的代数和 2 利用正交分解法求合力 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 直角坐标系的选择应使尽量多的力落在坐标轴上 正交分解各力 即分别将各力投影到坐标轴上 特别提醒 1 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 2 力的正交分解是在物体受三个或三个以上的共点力作用下求合力的一种方法 分解的目的是为了更方便地求合力 将矢量运算转化为代数运算 即时应用2 2018 西安市高三质检 某压榨机的结构示意图如图2 2 3所示 图2 2 3 其中B点为固定铰链 若在A铰链处作用一垂直于壁的力F 则由于力F的作用 使滑块C压紧物体D 设C与D光滑接触 杆的重力不计 压榨机的尺寸如图所示 求物体D所受压力大小是F的多少倍 解析 力F的作用效果是对AB AC两杆产生沿两杆方向的压力F1 F2 如图甲 力F1的作用效果是对C产生水平向左的推力和竖直向下的压力 将力F1沿水平方向和竖直方向分解 如图乙 可得到C对D的压力N N 答案 5倍 三 解决平衡类问题的常用方法和一般步骤1 常用方法 2 一般步骤 1 选取研究对象 根据题目要求 恰当选取研究对象 在平衡类问题中 研究对象可以是单个物体 也可以是多个物体组成的系统 还可以是几个物体相互连接的结点 2 分析研究对象的受力情况 画出受力图 3 利用平衡条件建立方程并求解 特别提醒 1 物体受三个力平衡时 利用力的分解法或合成法比较简单 2 解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合 需要分解的力尽可能少 物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法 即时应用3 2018 高考江苏单科卷 如图2 2 4所示 石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块 图2 2 4 侧面与竖直方向的夹角为 重力加速度为g 若接触面间的摩擦力忽略不计 则石块侧面所受弹力的大小为 解析 选A 石块受力如图所示 由对称性可知两侧面所受弹力相等 如图2 2 5所示 在倾角为 的斜面上 放一质量为m的小球 小球被竖直的木板挡住 不计摩擦 则球对挡板的压力是 图2 2 5 思路点拨 以球为研究对象正确进行受力分析 根据平衡条件 采用合理方法求解 解析 法一 正交分解法 对小球受力分析如图2 2 6所示 小球静止 处于平衡状态 图2 2 6 沿水平和竖直方向建立坐标系 将N2正交分解 列平衡方程为N1 N2sin mg N2cos 可得 球对挡板的压力N1 N1 mgtan 所以B正确 法二 力的合成法 如图2 2 7所示 小球处于平衡状态 合力为零 N1与N2的合力一定与mg平衡 即等大反向 解三角形可得 N1 mgtan 所以 球对挡板的压力N1 N1 mgtan 所以B正确 图2 2 7 法三 力的分解法 如图2 2 8所示 图2 2 8 答案 B 方法指引 共点力作用下物体平衡的一般解题思路 变式训练1 2018 高考江苏单科卷 如图2 2 9所示 置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机 图2 2 9 三脚架的三根轻质支架等长 与竖直方向均成30 角 则每根支架中承受的压力大小为 如图2 2 10所示 两根等长的绳子AB和BC吊一重物静止 两根绳子与水平方向夹角均为60 图2 2 10 现保持绳子AB与水平方向的夹角不变 将绳子BC逐渐缓慢地变化到沿水平方向 在这一过程中 绳子BC的拉力变化情况是 A 增大B 先减小 后增大C 减小D 先增大 后减小 思路点拨 解析 法一 图解法 画动态平行四边形法 作出力的平行四边形 如图2 2 11甲所示 图2 2 11 由图中边长变化关系可以看出 TBC先减小后增大 故选项B正确 法二 解析法 如图乙所示 将TAB TBC分别沿水平方向和竖直方向分解 由两方向合力为零分别列出 TABcos60 TBCsin TABsin60 TBCcos TB 联立解得TBCsin 30 TB 2 显然 当 60 时 TBC最小 故当 变大时 TBC先变小后变大 答案 B 方法指引 解决动态平衡问题的常用方法和步骤 变式训练2如图2 2 12所示 把球放在竖直墙AC和木板BC之间 木板BC可绕C点转动 图2 2 12 不计摩擦 球对墙的压力为N1 球对板的压力为N2 在将木板BC逐渐转至水平的过程中 下列说法中正确的是 A N1和N2都增大B N1和N2都减小C N1增大 N2减小D N1减小 N2增大 解析 选B 由图1可知 小球在三个共点力的作用下处于平衡状态 在木板转动的过程中球处于动态平衡状态 且G的大小与方向 N1 的方向保持不变 因N2 的方向改变而使N1 N2 的大小变化 因此可作如图2所示的变化三角形 由图可以直接看出 在将木板BC逐渐放到水平的过程中 N2 与G的夹角逐渐变小 即力矢量的箭尾一端沿水平线向左移动 在此过程中 N1 N2 的大小逐渐减小 由物体间力的作用是相互的 可知选项B正确 满分样板13分 物体A的质量为2kg 两根轻细绳b和c的一端连接于竖直墙上 另一端系于物体A上 在物体A上另施加一个方向与水平线成 角的拉力F 相关几何关系如图2 2 13所示 60 若要使两绳都能伸直 求拉力T的大小范围 g取10m s2 图2 2 13 思路点拨 本题可以利用解析法和正交分解法进行分析 通过列出的平衡方程求出绳b和绳c的拉力表达式 若要使两绳都伸直 则必须保证两绳的拉力都大于或等于零 进而求出T的极值 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 作出物体A的受力分析图如图2 2