高中物理正交分解

2019-2020年高中物理 3.5正交分解法1 新人教版必修1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F1＝100N，F2＝150N，F3＝300N，方向如图1所示，求此三力的合力。

解：三个力沿x，y方向的分力的合力：(负值表示方向沿y轴负方向）由勾股定理得合力大小：ΣF= ==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，则：tg===0.6429 ∴=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。

运用正交分解法解平衡问题时，根据平衡条件F合＝0，应有ΣF x＝0，ΣF y＝0，这是解平衡问题的必要和充分条件，由此方程组可求出两个未知数。

例2 重100N光滑匀质球静止在倾角为37º的斜面和与斜面垂直的挡板间，求斜面和挡板对球的支持力F1，F2。

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。

高一物理正交分解例题及解析
以下是一个高一物理正交分解的例题及解析：
例题：一个质量为m的物体在水平恒力F的作用下，沿着与水平方向成α角的直板上表面向上匀速运动。

物体与直板间的动摩擦因数为μ，求物体受到的摩擦力。

解析：物体受到的摩擦力由静摩擦力和滑动摩擦力两部分组成。

1. 静摩擦力：物体在直板上表面向上匀速运动时，直板对物体的支持力与物体所受的重力平衡，则物体受到的静摩擦力为：
f_静= mg
2. 滑动摩擦力：由于物体与直板间存在滑动摩擦力，物体受到的滑动摩擦力为：
f_滑= μ(mgcosα+ Fsinα)
因此，物体受到的摩擦力为：
f = f_静+ f_滑= m
g + μ(mgcosα+ Fsinα)
答案：物体受到的摩擦力为mg + μ(mgcosα+ Fsinα)。

由勾股定理得合力大小：ΣF=22)()(y x F F ∑+∑ =N22)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=x yF 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 。

运用正交分解法解平衡问题时，根据平衡条件F 合＝0，应有ΣF x ＝0，ΣF y ＝0，这是解平衡问题的必要和充分条件，由此方程组可求出两个未知数。

例2 重100N 光滑匀质球静止在倾角为37º的斜面和与斜面垂直的挡板间， 求斜面和挡板对球的支持力F 1， F 2。

yF 1 xF 2G37°图 3解：选定如图3所示的坐标系，重球受力如图3所示。

由于球静止，所 以有：⎩⎨⎧=︒-=︒-037sin 037cos 21G F G F∴N N G F 808.010037cos 1=⨯=︒= N N G F 606.010037sin 2=⨯=︒=1．如图所示，用绳AO 和BO 吊起一个重100N 的物体，两绳AO 、BO 与竖直方向的夹角分别为30o 和40o ，求绳AO 和BO 对物体的拉力的大小。

2.如图所示，重力为500N的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200N的物体，当绳与水平面成6 0o角时，物体静止，不计滑轮与绳的摩擦，求地面对人的支持力和摩擦力。

3. (8分)如图6所示，θ＝370，sin370＝0.6，cos370＝0.8。

箱子重G＝200N，箱子与地面的动摩擦因数μ＝0.30。

要匀速拉动箱子，拉力F为多大？4.（8分）如图，位于水平地面上的质量为M的小木块，在大小为F、方向与水平方向成a角的拉力作用下沿地面作匀速直线运动。

求：（1）地面对物体的支持力？（2）木块与地面之间的动摩擦因数？5．（6分）如图10所示，在倾角为α=37°的斜面上有一块竖直放置的档板，在档板和斜面之间放一个重力G=20N的光滑球，把球的重力沿垂直于斜面和垂直于档板的方向分解为力F1和F2，求这两个分力F1和F2的大小。

专题1合成法正交分解法【知能整合】一、合力的求法1、若物体受到两个力的作用而做加速（减速）运动，则采用合成法求合力。

2、若物体受到三个或三个以上的力的作用而做加速（减速）运动，则采用正交分解法求合力。

即将力沿x 、y 两个正交方向分解，得到牛顿第二定律的分量式：x x F ma =，y y F ma =。

应用时要选好正方向并明确各力的方向．．．．．和加速度方向．．．．．，并在受力图上标出。

二、加速度方向的判定1、从运动学的角度分析：根据物体的运动性质可判断加速度方向。

如匀加速（匀减速）直线运动的加速度方向与速度方向相同（相反）。

注意加速度方向与速度方向的区别。

2、从动力学的角度分析：根据物体的受力情况可判断加速度的方向。

分析物体受力情况并判断其合力方向，加速度方向应与合力的方向相同。

三、应用牛顿第二定律的解题步骤1、明确研究对象；2、正确进行受力分析，并明确加速度方向；3、对物体受到的力进行等效处理（合成或正交分解）；4、根据牛顿第二定律列方程求解结果。

【典例剖析】【例1】（合成法）如图所示，小车沿倾角为θ的斜面做匀加速直线运动，小车支架上有一单摆，在运动过程中，摆线为水平状态，则小车运动的加速度大小为（）A ．g sin θB ．g tan θC ．g /sin θD ．g /tan θ【例2】（正交分解法——分解力）质量为m 的三角形木楔A 置于倾角为θ的固定斜面上，它与斜面间的动摩擦因数为μ，一水平力F 作用在木楔A 的竖直平面上，在力F 的推动下，木楔A 沿斜面以恒定的加速度a 向上滑动，则F 的大小为（）A ．θθμθcos )]cos (sin [++g a mB ．θμθθsin cos)sin (+-g a m C ．θμθθμθsin cos )]cos (sin [-++g a m D ．θμθθμθsin cos )]cos (sin [+++g a m 【例3】（正交分解法——分解加速度）如图所示，电梯与水平面的夹角为300，当电梯加速向上运动时，人对梯面的压力是其重力的65，求人对梯面的摩擦力是其重力的多少倍？a 300【例4】（正交分解法解动态问题）如图所示，光滑水平面上放置一斜面体A ，在其粗糙斜面上静止一物块B ．从某时刻开始，一个从零逐渐增大的水平向左的力F 作用在A 上，使A 和B 一起向左做变加速直线运动．则在B 与A 发生相对运动之前的一段时间内（）A ．B 对A 的压力和摩擦力均逐渐增大B ．B 对A 的压力和摩擦力均逐渐减小C ．B 对A 的压力逐渐增大，B 对A 的摩擦力逐渐减小D ．B 对A 的压力逐渐减小，B 对A 的摩擦力逐渐增大【例5】(多解)如图，将质量m ＝0.1kg 的圆环套在固定的水平直杆上。