第三讲 基本力和力的合成与分解教案.doc

泰山高联文化学校 物理（高三） 教案第三讲 基本力和力的合成与分解高考试题回顾：1. （新课标卷）15一根轻质弹簧一端固定，用大小为F1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为l1；改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为l2。弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为A B. C. D.【答案】C【解析】根据胡克定律有：，解得：k=，C正确。2. （新课标卷）18如图所示，一物块置于水平地面上。当用与水平方向成600角的力F1拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成300角的力F2推物块时，物块仍做匀速直线运动。若F1和F2的大小相等，则物块与地面之间的动摩擦因数为A. B. C. D.1-【答案】B【解析】物体受重力mg、支持力FN、摩擦力Ff、已知力F处于平衡，根据平衡条件，有，联立解得：PQ3. （安徽卷）19L型木板P（上表面光滑）放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图所示。若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力。则木板P的受力个数为A3 B4 C5 D6【答案】C【解析】P、Q一起沿斜面匀速下滑时，由于木板P上表面光滑，滑块Q受到重力、P的支持力和弹簧沿斜面向上的弹力。木板P受到重力、斜面的支持力、斜面的摩擦力、Q的压力和弹簧沿斜面向下的弹力，所以选项C正确。4. （江苏卷）3如图所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机，三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成角，则每根支架中承受的压力大小为w w w.ks5 u .c om（A）（B）（C）（D）【答案】D【解析】由力的合成及平衡可得：，选项D正确。知识归纳总结：一、力的概念及三个常见的性质力1力的概念：力是物体对物体的作用。（1）力的物质性：力不能离开物体而独立存在，有力就一定有“施力”和“受力”两个物体，二者缺一不可。（2）力的相互性：力的作用是相互的（3）力的作用效果：形变；改变运动状态（4）力的表达：力的图示2力的分类（1）按性质分：重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力 （按现代物理学理论，物体间的相互作用分四类：长程相互作用有引力相互作用、电磁相互作用；短程相互作用有强相互作用和弱相互作用。宏观物体间只存在前两种相互作用。）（2）按效果分：压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力 （3）按产生条件分：场力（非接触力）、接触力。（4）按对象分：内力和外力3重力：由于地球的吸引而使物体受到的力。（1）方向；总是竖直向下（2）大小：Gmg注意：重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力。由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力。（3）重心：重力的等效作用点。重心的位置与物体的形状及质量的分布有关。重心不一定在物体上。质量分布均匀、形状规则的物体，重心在几何中心上薄板类物体的重心可用悬挂法确定。4弹力（1）弹力的产生条件：弹力的产生条件是两个物体直接接触，并发生弹性形变。（2）弹力的方向：与弹性形变的方向相反。（3）弹力的大小对有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算。对没有明显形变的物体，如桌面、绳子等物体，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定。胡克定律可表示为（在弹性限度内）：F=kx，还可以表示成F=kx，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比。“硬”弹簧，是指弹簧的k值较大。（同样的力F作用下形变量x较小）几种典型物体模型的弹力特点如下表。项目轻绳轻杆弹簧形变情况伸长忽略不计认为长度不变可伸长可缩短施力与受力情况只能受拉力或施出拉力能受拉或受压可施出拉力或压力同杆力的方向始终沿绳不一定沿杆沿弹簧轴向力的变化可发生突变同绳只能发生渐变5摩擦力（1）摩擦力产生条件：两物体直接接触、相互挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势。这四个条件缺一不可。两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件。（没有弹力不可能有摩擦力）（2）滑动摩擦力大小公式F=FN，其中的FN表示正压力，不一定等于重力G。（3）静摩擦力大小必须明确，静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律F=FN计算，只有当静摩擦力达到最大值时，其最大值一般可认为等于滑动摩擦力，既Fm=FN静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定，其可能的取值范围是：0Ff Fm（4）摩擦力方向摩擦力方向总是沿着接触面，和物体间相对运动（或相对运动趋势）的方向相反。摩擦力的方向和物体的运动方向可能相同（作为动力），可能相反（作为阻力），可能和物体速度方向垂直（作为匀速圆周运动的向心力）。在特殊情况下，可能成任意角度。二、力的合成与分解1合力与分力如果一个力产生的效果和其他几个力产生的效果相同，这个力就叫那几个力的合力，那几个力就叫这个力的分力。2力的合成：求几个力的合力叫做力的合成。F1F2FO（1）平行四边形定则：力的合成的本质就在于保证作用效果相同的前提下，用一个力的作用代替几个力的作用，这个力就是那几个力的“等效力”（合力）。力的平行四边形定则是运用“等效”观点，通过实验总结出来的共点力的合成法则，它给出了寻求这种“等效代换”所遵循的规律。F1F2FO（2）三角形定则：平行四边形定则可简化成三角形定则。由三角形定则还可以得到一个有用的推论：如果n个力首尾相接组成一个封闭多边形，则这n个力的合力为零。（3）共点的两个力合力的大小范围： |F1F2| F合 F1F2（4）共点的三个力合力的最大值为三个力的大小之和，最小值可能为零。3力的分解：求一个力的分力叫力的分解。（1）力的分解遵循平行四边形法则，力的分解相当于已知对角线求邻边。（2）两个力的合力惟一确定，一个力的两个分力在无附加条件时，从理论上讲可分解为无数组分力，但在具体问题中，应根据力实际产生的效果来分解。（3）几种有条件的力的分解已知两个分力的方向，求两个分力的大小时，有唯一解。已知一个分力的大小和方向，求另一个分力的大小和方向时，有唯一解。已知两个分力的大小，求两个分力的方向时，其分解不惟一。已知一个分力的大小和另一个分力的方向，求这个分力的方向和另一个分力的大小时，其分解方法可能惟一，也可能不惟一。4力的合成与分解体现了用等效的方法研究物理问题。合成与分解是为了研究问题的方便而引入的一种方法。用合力来代替几个力时必须把合力与各分力脱钩，即考虑合力则不能考虑分力，同理在力的分解时只考虑分力而不能同时考虑合力。应用规律方法：一、弹力存在的判断弹力产生的条件是“接触且有弹性形变”。其大小计算要根据物体的运动状态，由二力平衡（或牛顿第二定律）求解。例1、如图所示，水平放置的两固定的光滑硬杆OA、OB成角，在两杆上各套一个轻环，两环用轻绳相连，现用恒力F沿OB方向拉下面的环，当两环稳定时，绳中张力大小为_答案：二、关于弹力方向的判断压力、支持力的方向总是垂直于接触面指向被压或被支持的物体；绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向。杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向。F2APOF1B例2、 如图所示，光滑但质量分布不均匀的小球的球心在O点，重心在P点，静止在竖直墙和桌边之间。试画出小球所受弹力。解析：由于弹力的方向总是垂直于接触面，在A点，弹力F1应该垂直于球面，所以沿半径方向指向球心O；在B点弹力F2垂直于墙面，因此也沿半径指向球心O。点评：注意弹力必须指向球心，而不一定指向重心。又由于F1、F2、G为共点力，重力的作用线必须经过O点，因此P和O必在同一竖直线上，P点可能在O的正上方（不稳定平衡），也可能在O的正下方（稳定平衡）。例3、（2003年全国理综）如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m1和m2的小球，当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为。则两小球的质量比为 （ ）A BC D解析：小球受重力m1g、绳拉力F2=m2g和支持力F1的作用而平衡。如图所示，由平衡条件得，F1= F2，得。故选项A正确。答案：A三、胡克定律的应用例4、（2004全国卷）如图所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：中弹簧的左端固定在墙上，中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用，中弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动，中弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧的质量都为零，以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量，则有 （ ）Al2l1 Bl4l3 Cl1l3 Dl2l4FFFFF解析：由于弹簧质量不考虑，所以四种情况下弹簧的伸长量只由力F决定，力F相同，则弹簧伸长量相同，所以D选项正确。答案：D例5、（2006北京卷.19）木块A、B分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动磨擦因数均为0.25；夹在A、B之间轻弹簧被压缩了2cm，弹簧的劲度系数为400N/m。系统置于水平地面上静止不动。现用F=1 N的水平拉力作用在木块B上。如图所示.。力F作用后ABFA.木块A所受摩擦力大小是12.5 NB.木块A所受摩擦力大小是11.5 NC.木块B所受摩擦力大小是9 ND.木块B所受摩擦力大小是7 N解析：未加F时，木块A在水平面内受弹簧的弹力F1及静摩擦力FA作用，且F1FAkx8N，木块B在水平面内受弹簧弹力F2和静摩擦力FB作用，且F2FBkx8N，在木块B上施加F1N向右拉力后，由于F2FGB，故木块B所受摩擦力仍为静摩擦力，其大小FF2F9N，木块A的受力情况不变。答案：C四、摩擦力的方向及大小计算1、摩擦力的方向滑动摩擦力的方向：“滑动摩擦力的方向和物体间相对运动的方向相反”，这是判断滑动摩擦力方向的依据。摩擦力方向可能和物体运动方向相同（作为动力），可能和物体运动方向相反（作为阻力），还可能和物体速度方向垂直（作为匀速圆周运动的向心力）。在特殊情况下，可能成任意角度。静摩擦力的方向：“静摩擦力的方向和物体间相对运动趋势的方向相反”。可用假设法判断，也可根据物体的运动情况利用平衡条件或牛顿第二定律判断。2、摩擦力的大小必须明确，是静摩擦力还是滑动摩擦力。滑动摩擦力可用公式F=FN，计算。其中的FN表示正压力。静摩擦力大小不能用F=FN计算，要根据物体的受力情况和运动情况由平衡条件或牛顿第二定律计算。FQP例6、（2006全国卷II. 15）如图所示，位于水平桌面上的物块P，由跨过定滑轮的轻绳与物块相连，从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的，已知Q与P之间以及桌面之间的动摩擦因数都，两物块的质量都是m，滑轮轴上的摩擦不计，若用一水平向右的力F拉P使P做匀速运动，则F的大小为A4mg B3mgC2mg Dmg解析：以Q为研究对象，Q在水平方向受绳的拉力F1和P对Q的摩擦力F1作用，由平衡条件可知：F1F1mg；以P为研究对象，P受到水平拉力F2绳的拉力地F2，Q对P的摩擦力F和地面对P的摩擦力F2，由平衡条件可知：FF2FF2，F2FN2mg，牛顿第三定律知：F1F2，FF1，代入得：F4mg。答案：A例7、（2005天津理综）如图所示，表面粗糙的固定斜面顶端安有滑轮，两物块P、Q用轻绳连接并跨过滑轮（不计滑轮的质量和摩擦），P悬于空中，Q放在斜面上，均处于静止状态。当用水平向左的恒力推Q时，P、Q仍静止不动，则（ ）AQ受到的摩擦力一定变小BQ受到的摩擦力一定变大C轻绳上拉力一定变小D轻绳上拉力一定不变解析：物体P静止不动，轻绳上拉力和P的重力平衡，故轻绳上拉力一定不变，D项正确。若开始时，Q有下滑趋势，静摩擦力沿斜面向上，用水平恒力向左推Q，则静摩擦力减小；若开始时，Q有上滑趋势，静摩擦力沿斜面向下，用水平恒力向左推Q，则静摩擦力增大。因此，Q受到的摩擦力大小不确定。答案：D五、力的合成分解中常用的数学方法在力的合成分解中利用平行四边形定则求解是基本方法，也要根据实际情况采用不同的分析方法：（1）若出现直角三角形，常用三角函数表示合力与分力的关系。（2）若给定条件中有长度条件，常用力组成的三角形（矢量三角形）与长度组成的三角形（几何三角形）的相似比求解。例8、水平横粱的一端A插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B，一轻绳的一端C固定于墙上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量m=10 kg的重物，CBA=30，如图所示，则滑轮受到绳子的作用力为（g=10m/s2）A50N B50N C100N D100N解析：取小滑轮作为研究对象，悬挂重物的绳中的弹力是T=mg=1010N=100 N，故小滑轮受绳的作用力沿BC、BD方向的大小都是100N，分析受力如图所示。CBD=120，CBF=DBF，CBF=60，CBF是等边三角形故F=100 N。故选C。例9、如图所示，固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固定一个小定滑轮，细绳一端拴一小球，小球置于半球面上的A点，另一端绕过定滑轮，如图所示。今缓慢拉绳使小球从A点滑向半球顶点（未到顶点），则此过程中，小球对半球的压力大小N及细绳的拉力T大小的变化情况是 （ ）A.N变大，T变大 B.N变小，T变大C.N不变，T变小 D.N变大，T变小解析：对A进行受力分析，如图所示，力三角形AFN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。答案：C六、用图解法分析力的动态变化及最值问题用力的矢量三角形定则分析力最小值的规律：当已知合力F的大小、方向及一个分力F1的方向时，另一个分力F2取最小值的条件是两分力垂直。如图所示，F2的最小值为：F2min=F sin 当已知合力F的方向及一个分力F1的大小、方向时，另一个分力F2取最小值的条件是：所求分力F2与合力F垂直，如图所示，F2的最小值为：F2min=F1sin当已知合力F的大小及一个分力F1的大小时，另一个分力F2取最小值的条件是：已知大小的分力F1与合力F同方向，F2的最小值为FF1例10、重为G的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。如图所示。若挡板逆时针缓慢转到水平位置，在该过程中，斜面和挡板对小球的弹力的大小F1、F2各如何变化？ 解析：对小球受力分析，如图。由于挡板是缓慢转动的，可以认为每个时刻小球都处于静止状态，因此所受合力为零。应用三角形定则，G、F1、F2三个矢量应组成封闭三角形，其中G的大小、方向始终保持不变；F1的方向不变；F2的起点在G的终点处，而终点必须在F1所在的直线上，由图可知，挡板逆时针转动90的过程中，F2矢量也逆时针转动90，因此F1逐渐变小，F2先变小后变大。（当F2F1，即挡板与斜面垂直时，F2最小）GF2F1F1F2G答案：F1逐渐变小，F2先变小后变大。七、用正交分解法求解力的合成与分解问题正交分解法：把一个力分解成两个互相垂直的分力，这种分解方法称为正交分解法。用正交分解法求合力的步骤：首先建立平面直角坐标系，并确定正方向把各个力向x轴、y轴上投影，但应注意的是：与确定的正方向相同的力为正，与确定的正方向相反的为负，这样，就用正、负号表示了被正交分解的力的分力的方向求在x轴上的各分力的代数和Fx合和在y轴上的各分力的代数和Fy合求合力的大小 合力的方向：tan=（为合力F与x轴的夹角）例11、质量为m的木块在推力F作用下，在水平地面上做匀速运动已知木块与地面间的动摩擦因数为，那么木块受到的滑动摩擦力为下列各值的哪个? Amg （mg+Fsin）（mgFsin） Fcos 解析：木块匀速运动时受到四个力的作用：重力mg、推力F、支持力FN、摩擦力F沿水平方向建立x轴，将F进行正交分解如图(这样建立坐标系只需分解F)，由于木块做匀速直线运动，所以，在x轴上，向左的力等于向右的力（水平方向二力平衡）；在y轴上向上的力等于向下的力（竖直方向二力平衡）即FcosF FNmg+Fsin 又由于FFN F（mg+Fsin） 故、答案是正确的点评：（1）在分析同一个问题时，合矢量和分矢量不能同时使用。也就是说，在分析问题时，考虑了合矢量就不能再考虑分矢量；考虑了分矢量就不能再考虑合矢量。（2）矢量的合成分解，一定要认真作图。在用平行四边形定则时，分矢量和合矢量要画成带箭头的实线，平行四边形的另外两个边必须画成虚线。（3）各个矢量的大小和方向一定要画得合理。（4）在应用正交分解时，两个分矢量和合矢量的夹角一定要分清哪个是大锐角，哪个是小锐角，不可随意画成45。（当题目规定为45时除外）能力强化训练1.物体M位于斜面上，受到平行于