高一物理_正交分解法
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高一物理正交分解法所谓“正交分解法”就是将受力物体所受外力(限同一平面内的共点力)沿选定的相互垂直的x 轴和y 轴方向分解,然后分别求出x 轴方向、y 方向的合力ΣF x 、ΣF y ,由于ΣF x 、ΣF y 相互垂直,可方便的求出物体所受外力的合力ΣF (大小和方向一、正交分解法的三个步骤第一步,立正交 x 、y 坐标,这是最重要的一步,x 、y 坐标的设立,并不一定是水平与竖直方向,可根据问题方便来设定方向,不过x 与y 的方向一定是相互垂直而正交。
第二步,将题目所给定跟要求的各矢量沿x 、y 方向分解,求出各分量,凡跟x 、y 轴方向一致的为正;凡与x 、y 轴反向为负,标以“一”号,凡跟轴垂直的矢量,该矢量在该轴上的分量为0,这是关键的一步。
第三步,根据在各轴方向上的运动状态列方程,这样就把矢量运算转化为标量运算;若各时刻运动状态不同,应根据各时间区间的状态,分阶段来列方程。
这是此法的核心一步。
第四步,根据各x 、y 轴的分量,求出该矢量的大小,一定表明方向,这是最终的一步。
求物体所受外力的合力或解物体的平衡问题时,常采用正交分解法。
) 例1 共点力F 1=100N ,F 2=150N ,F 3=300N ,方向如图1所示,求此三力 的合力。
y53°37°O x 37°解:三个力沿x ,y方向的分力的合力x x x x F F F F 321++=∑:︒+︒-︒=37sin 53sin 37cos 321F F F N N N 6.03008.01508.0100⨯+⨯-⨯=N 140= yy y y F F F F 321++=∑︒-︒+︒=37cos 53cos 37sin 321F F F NN N 8.03006.01506.0100⨯-⨯+⨯=N 90-= (负值表示方向沿y 轴负方向)由勾股定理得合力大小:ΣF=22)()(y x F F ∑+∑ =N 22)90(140-+=166.4N ∵ΣF x ﹥0、ΣF y ﹥0 ∴ΣF 在第四象限内,设其与x 轴正向夹角为α,则: tg α=xy F F ∑∑=NN14090=0.6429 ∴α=32.7º 运用正交分解法解题时,x 轴和y 轴方向的选取要根据题目给出的条件合理选取,即让受力物体受到的各外力尽可能的与坐标轴重合,这样方便解题 。
第一讲正交分解法知识点一:共点力及平衡条件共点力: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。
能简化成质点的物体受到的力可视为共点力。
平衡状态:物体保持静止......状态....或匀速直线运动注意:这里的静止需要二个条件,一是物体受到的合外力为零,二是物体的速度为零,仅速度为零时物体不一定处于静止状态,如物体做竖直上抛运动达到最高点时刻,物体速度为零,但物体不是处于静止状态,因为物体受到的合外力不为零。
共点力的平衡:如果物体受到共点力的作用,且处于平衡状态,就叫做共点力的平衡。
1.如图所示,小明用与水平方向成θ角的轻绳拉木箱,沿水平面做匀速直线运动,此时绳中拉力为F,则木箱所受合力大小为()>A 0B FC FcosθD Fsinθ2、如图所示,一质量为m的物体沿倾角为θ的斜面匀速下滑。
下列说法正确的是()A 物体所受合力的方向沿斜面向下B 斜面对物体的支持力等于物体的重力C 物体下滑速度越大,说明物体所受摩擦力越小D 斜面对物体的支持力和摩擦力的合力的方向竖直向上知识点二:共点力的处理方法——正交分解法!正交分解一般步骤:选定研究对象,并作出受力分析建立合适的直角坐标系(尽可能少分解力)将不在坐标轴上的力分解到坐标轴上列出平衡状态下x方向、y方向的方程求解:x方向上:F1x=F2x y方向上:F1y+F2y=G1.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(如图所示)。
已知木块与地面间的动摩擦因数为μ,那么木块受到的滑动摩擦力为下列各值的哪一个()A μmgB μ(mg+Fsinθ)-C μ(mg-Fsinθ)D Fcosθ2.物体放在粗糙的水平地面上,物体重50N,受到斜向上方向与水平面成300角的力F作用,F = 50N,物体仍然静止在地面上,如图所示,求:物体受到的摩擦力和地面的支持力分别是多少3.在图中,AB、AC两光滑斜面互相垂直,AC与水平面成30°.如把球O的重力G按照其作用效果分解,则两个分力的大小分别为()A 12G,32G B33G,3G-C23G,22G D22G,32G4.甲、乙两人用绳子拉船,使船沿OO′方向航行,甲用1 000 N的力拉绳子,方向如图所示,要使船沿OO′方向航行,乙的拉力最小值为()A 500 3 NB 500 NC 1 000 ND 400 N练习:1.质量为m的物体在恒力F作用下,F与水平方向之间的夹角为θ,沿天花板向右做匀速运动,物体与顶板间动摩擦因数为μ,则物体受摩擦力大小为多少&2.直角劈形木块(截面如图所示)的质量M=2kg,用外力F顶靠在竖直墙上。
应对市爱护阳光实验学校高一物理力的分解;用图解法和正交分解法计算分力【本讲信息】一. 教学内容:1. 知道力分解的概念2. 用图解法和正交分解法计算分力3. 掌握平行四边形或三角形的矢量运算法那么二. 教学内容分析:1、力的分解如图1所示,铅笔的尖端置于右手掌心,你能感觉到重物竖直向下拉细线的力产生了哪两个作用效果吗?请根据你的感觉在图中标出这两个分力的方向。
求一个力的分力叫做力的分解。
图1[说明]①力的分解或力的合成仅是一种力的效替代关系,即合力可以由它的几个分力来替代,几个力也可以由它们的合力来替代,但关键是合力与几个分力的作用效果相同。
②力的分解和力的合成是力的运算的一种方式,对于同一个题目,用合成的方法求解的题,用力的分解也同样可以求解。
分解是合成的逆运算。
③两个不同性质的力可以合成一个合力,但一个力只能分解出几个相同性质的力,即力的分解不改变力的性质。
④合力与分力只是设想出来的效果力,在对物体进行受力分析时不能把它们作为一种力来分析,力的合成与分解在受力分析之后进行。
2、分解的依据力的分解是力的合成的逆运算。
力的分解遵循平行四边形那么:把一个力作为平行四边形的对角线,那么与力共点的平行四边形的两个邻边就可以表示力的两个分力。
图2[说明]如果没有其他限制,对于一条对角线,可以作出无数个不同的平行四边形〔如图2所示〕。
即同一个力F可以分解成无数对大小、方向不同的分力。
3、分解的原那么具体问题中将一个力分解为两个分力必须根据一个力在该问题中的实际效果来分解,这就要求在进行力的分解之前必须搞清楚力的效果,搞清了力的效果,也就搞清了力的方向,而搞清了各个力的方向后,分解将是唯一的,具体做法是:〔1〕先根据力的实际作用效果确两个分力的方向。
〔2〕再根据两个分力方向画出平行四边形。
〔3〕根据平行四边形和学过的数学知识求出两分力的大小。
例如:把一个物体放在倾角为θ的斜面上,物体并没有在重力作用下竖直下落,从力的作用效果看,怎样将重力分解?两个分力的大小与斜面倾角有没有关系?分析:通过可类比观察重力的作用效果,如图3所示用两块粘有海的木板如图组合,将一铁球放到其上,观察两板的凹陷情况:A 面和B 面均有凹陷,说明重力产生了两个作用效果,既压A 又压B 。
力的正交分解和三角形法则知识要点1.正交分解法把力沿两个互相垂直的方向进行分解的方法叫正交分解法。
sinα2.正交分解法求合力的步骤(1)对物体进行受力分析(2)选择并建立坐标系以共点力的作用点为坐标原点,建立正交直角坐标系,一般要让尽量多的力在坐标轴上,使所有的力与坐标轴的夹角尽量为特殊角。
(3)把不在坐标轴上的力沿两个坐标轴分解。
(4)同一坐标轴上的矢量进行合成。
F x=F1x+F2x= F1cosα—F2cosβF y= F1y+ F2y= F1sinα+F2sinβ由此式可见,力的个数越多,此方法显得越方便。
(5)然后把x轴方向的F x与y轴方向的F y进行合成,这时这两个分力的方向夹角为特殊角90°。
所以F合=22yxFF ,合力的方向与x轴正方向的夹角为θ=arctan(F y/F x)注:正交分解法求合力时,先交各力分解为两个不同的坐标上的力,依据同向或反向的简单代数运算,再进行(互成直角的)合成,在计算不同角度的多个力的合成中具有十分明显的优越性。
正交分解法求合力,运用了“欲合先分”的策略,降低了运算的难度,是解题中的一种重要思想方法。
3.三角形定则合力与分力的关系遵循平行四边形定则,根据平行四边形的性质,对应边平行相等,即分力与合力构成三角定义:将表示两个分力的有向线段首尾相接,从第一个力的始端指向第二个力的末端的有向线段,就表示这两个力的合力的大小和方向。
2x1xO F x典型例题例1. 确定正六边形内五个力的合力例2.如图所示,细线的一端固定于A 点,线的中点挂一质量为m 的物体,另一端B 用手拉住,当AO 与竖直方向成 θ角,OB 沿水平方向时,AO 及BO 对O 点的拉力分别是多大?例3.如图所示3-4-20所示,力F 1、F 2、F 3、F 4在同一平面内构成共点力,其中F 1=20N 、F 2=20N 、F 3=N F N 320,2204=,各力之间的夹角在图中已标出,求这四个力的合力大小和方向.例4:如图3-4-25所示,拉力F 作用在重为G 的物体上,使它沿水平地面匀速前进,若物体与地面的动摩擦因数为μ,当拉力最小时和地面的夹角θ为多大?例5.将一个20N 的力进行分解,其中一个分力的方向这个力成30 角,试讨论: (1)另一个分力的大小不会小于多少?(2)若另一个分力大小是N 320,则已知方向的分力的大不是多少?练习及作业1.已知两个力的合力大小为10N ,其中一个分力与合力夹角为37°,则另一个分力的大小是( )A . 不可能大于8N B.不可能小于6N C.不可能大于6N D.不可能小于8N2.人站在岸上通过定滑轮用绳牵引低处的小船,如图1—6—15所示,若水的阻力恒定不变,则在船匀速靠岸的过程中,下列说法正确的是A.绳的拉力不断增大B.绳的拉力保持不变C.船受到的浮力保持不变D.船受到的浮力不断减小3.如图所示,将力F (大小已知)分解为两个分力F 1和F 2,F 2与F 的夹角θ小于90°,则( )A.当F 1>F sin θ时,肯定有两组解B.当F >F 1>F sin θ时,肯定有两组解C.当F 1<F sin θ时,有惟一一组解D.当F 1<F sin θ时,无解4.如图所示是一表面光滑,所受重力可不计的尖劈(AC =BC ,∠ACB =θ)插在缝间,并施以竖直向下的力F ,则劈对左、右接触点的压力大小分别是__________,__________。
一、正交分解练习题1.如下图所示,一个光滑的球在固定的斜面和竖直挡板之间静止,斜面的倾角为θ,球的重力为G,求:球受斜面和挡板的弹力大小。
2.如图所示,质量为m的物体在恒力F作用下沿天花板做匀速直线运动,物体与天花板间的动摩擦因数为μ,则物体受到的摩擦力大小为多少?3.重量G=100N的物体置于水平面上,给物体施加一个与水平方向成θ=30°的拉力F,F=20N,物体仍处于静止状态,求:(1)地面对物体的静摩擦力;(2)地面对物体的支持力.4.在水平路面上用绳子拉一个重力为G=220N的木箱匀速运动,绳子与水平路面的夹角θ= 37︒,绳子上的拉力大小为100N,如图所示。
(sin37︒=0.6,cos37︒=0.8)求:(1)木箱受到的支持力F N的大小;(2)木箱与地面间的动摩擦因数。
5.如图所示为一个儿童玩具氢气球被一根轻绳系在地面上,重力G=10N,受到的空气浮力为F1=15N,由于受到水平风力的作用使系球的轻绳与地面成θ角度。
假设水平风力为恒力且大小为F2=5N,求:轻绳的拉力大小和轻绳与水平地面间所成的角度θ6.如图所示,质量M=60 kg的人用绳子通过定滑轮拉着质量m=10 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α=60°,g取10 m/s2。
求:(1)绳对人的拉力为多大?(2)地面对人的支持力为多大?(3)地面对人的摩擦力为多大?7.如图所示,某人用轻绳牵住一只质量m=0.6kg的氢气球,因受水平风力的作用,系氢气球的轻绳与水平方向成37°角。
已知空气对气球的浮力为15N,人的质量M=50kg,且人受的浮力忽略不计(g取10N/kg,sin37°=0.6,co s37°=0.8)。
求:(1)水平风力的大小;(2)人对地面的压力大小;(3)若水平风力增强,人对地面的压力如何变化?(要求说明理由)8.某同学设计了一个测量风速大小的装置,用一根细线拴着一个小球,细线上端固定。
1.质量为M 的拖拉机拉着耙来耙地,由静止开始做匀加速直线运动,在时间t 内前进的距离为s 。
耙地时,拖拉机受到的牵引力恒为F ,受到地面的阻力为自重的k 倍,所受阻力恒定,连接杆质量不计且与水平面的夹角θ保持不变。
求: (1)拖拉机的加速度大小。
(2)拖拉机对连接杆的拉力大小。
2.如图所示,质量为0. 5 kg 的物体在与水平面成角的拉力F 作用下,沿水平桌面向右做直线运动.经过0.5m ,速度由0. 6 m/s 变为0. 4 m/s , 已知物体与桌面间的动摩擦因数=0.1,求作用力F 的大小。
3.质量为m 的物体放在倾角为的斜面上,物体和斜面的动摩擦因数为,如沿水平方向加一个力F ,使物体沿斜面向上以加速度做匀加速直线运动(如图所示),则F 为多少?4.如图(a)质量m =1kg 的物体沿倾角θ=37°的固定粗糙斜面由静止开始向下运动,风对物体的作用力沿水平方向向右,其大小与风速v 成正比,比例系数用k 表示,物体加速度a 与风速v 的关系如图(b)所示。
求: (1)物体与斜面间的动摩擦因数;(2)比例系数k 。
(,)5.如图所示,电梯与水平面间夹角为,当电梯加速向上运动时,人对梯面的压力是其重力的6/5,人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍? 角的直线斜向右上方匀加速飞后,将动力的方向沿逆时针旋转时刻飞行器的速率;7.如图所示,一箱苹果沿着倾角为θ的光滑斜面加速下滑,在箱子正中央夹有一只质量为m 的苹果,它受到周围苹果对它作用力的方向是( ) A .沿斜面向上 B .沿斜面向下 C .垂直斜面向上 D .竖直向上8.如图所示,质量为0.2kg 的小球A 用细绳悬挂于车顶板的O 点,当小车在外力作用下沿倾角为30°的斜面向上做匀加速直线运动时,球A 的悬线恰好与竖直方向成30°夹角。
g = 10m/s 2,求:(1)小车沿斜面向上运动的加速度多大?(2)悬线对球A 的拉力是多大?(3)若以(1)问中的加速度向下匀加速,则细绳与竖直方向夹角θ=?9.如图所示,一质量为0.2kg 的小球用细绳吊在倾角为θ=53o 的斜面上,斜面静止时,球 紧靠在斜面上,绳与斜面平行,不计摩擦。