正交分解法与合成法.doc

正交分解法与合成法湖南省祁阳县第四中学黄冬成一、知识讲解1、正交分解法：将力分解到运动方向和垂直运动方向例1、如图所示，质量为4 kg的物体静止于水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，物体受到大小为20，与水平方向成30角斜向上的拉力F作用时沿水平面做匀加速运动，求物体的加速度是多大?（g取10 m/s2） 解析：以物体为研究对象，其受力情况如图所示，建立平面直角坐标系把F沿两坐标轴方向分解，则两坐标轴上的合力分别为物体沿水平方向加速运动，设加速度为a，则x轴方向上的加速度axa，y轴方向上物体没有运动，故ay，由牛顿第二定律得所以又有滑动摩擦力以上三式代入数据可解得物体的加速度a=0.58 m/s2说明：当物体的受力情况较复杂时，根据物体所受力的具体情况和运动情况建立合适的直角坐标系，利用正交分解法来解2、合成法：将力合成到运动方向例2、如图，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向37角，球和车厢相对静止，球的质量为1kg（g10m/s2，sin370.6，cos370.8）（1）求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况（2）求悬线对球的拉力 解析：（1）球和车厢相对静止，它们的运动情况相同，由于对球的受力情况知道的较多，故应以球为研究对象球受两个力作用：重力mg和线的拉力FT，由球随车一起沿水平方向做匀变速直线运动，故其加速度沿水平方向，合外力沿水平方向做出平行四边形如图所示球所受的合外力为F合mgtan37由牛顿第二定律F合ma可求得球的加速度为7.5m/s2加速度方向水平向右车厢可能水平向右做匀加速直线运动，也可能水平向左做匀减速直线运动（2）由图可得，线对球的拉力大小为N=12.5 N说明：本题解题的关键是根据小球的加速度方向，判断出物体所受合外力的方向，然后画出平行四边形，解其中的三角形就可求得结果二、课堂检测1如图所示，悬挂于小车里的小球偏离竖直方向角，则小车可能的运动情况是（ AD ）A向右加速运动 B向右减速运动C向左加速运动D向左减速运动 2、如图所示， m =4kg的小球挂在小车后壁上，细线与竖直方向成37角。求：（1）小车以a=g向右加速；（2）小车以a=g向右减速时，细线对小球的拉力F1和后壁对小球的压力F2各多大？ 解：（1）向右加速时小球对后壁必然有压力，球在三个共点力作用下向右加速。合外力向右，F2向右，因此G和F1的合力一定水平向左，所以 F1的大小可以用平行四边形定则求出：F1=50N，可见向右加速时F1的大小与a无关；F2可在水平方向上用牛顿第二定律列方程：F2-0.75G =ma计算得F2=70N。可以看出F2将随a的增大而增大。（这种情况下用平行四边形定则比用正交分解法简单。） （2）必须注意到：向右减速时，F2有可能减为零，这时小球将离开后壁而“飞”起来。这时细线跟竖直方向的夹角会改变，因此F1的方向会改变。所以必须先求出这个临界值。当时G和F1的合力刚好等于ma，所以a的临界值为。当a=g时小球必将离开后壁。不难看出，这时F1=mg=56N， F2=0三、课后检测1、一斜面AB长为10m，倾角为30，一质量为2kg的小物体（大小不计）从斜面顶端A点由静止开始下滑，如图所示（g取10 m/s2）（1）若斜面与物体间的动摩擦因数为0.5，求小物体下滑到斜面底端B点时的速度及所用时间（2）若给小物体一个沿斜面向下的初速度，恰能沿斜面匀速下滑，则小物体与斜面间的动摩擦因数是多少? 解：题中第（1）问是知道物体受力情况求运动情况；第（2）问是知道物体运动情况求受力情况。（1）以小物块为研究对象进行受力分析，如图所示。物块受重力mg、斜面支持力N、摩擦力f，垂直斜面方向上受力平衡，由平衡条件得：mgcos30-N=0沿斜面方向上，由牛顿第二定律得：mgsin30-f=ma又f=N由以上三式解得a=0.67m/s2小物体下滑到斜面底端B点时的速度：3.65m/s运动时间：s（2）小物体沿斜面匀速下滑，受力平衡，加速度a0，有垂直斜面方向：mgcos30N=0沿斜面方向：mgsin30f=0又f=N解得：0.582、如图所示，在箱内倾角为的固定光滑斜面上用平行于斜面的细线固定一质量为m的木块。求：（1）箱以加速度a匀加速上升，（2）箱以加速度a向左匀加速运动时，线对木块的拉力F1和斜面对箱的压力F2各多大？解：（1）a向上时，由于箱受的合外力竖直向上，重力竖直向下，所以F1、F2的合力F必然竖直向上。可先求F，再由F1=Fsin和F2=Fcos求解，得到： F1=m（g+a）sin，F2=m（g+a）cos显然这种方法比正交分解法简单。 （2）a向左时，箱受的三个力都不和加速度在一条直线上，必须用正交分解法。可选择沿斜面方向和垂直于斜面方向进行正交分解，（同时