高考物理一轮复习第2章第2节力的合成与分解课件

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一、力的合成和分解 1．合力与分力 (1)定义：如果一个力______________跟几个共点力共同作用产生的效果相同，这一个力就叫作那几个力的____，原来那几个力叫作____。 (2)关系：合力和分力是________的关系。
2．共点力 作用在物体的______，或作用线的______交于一点的力。如图所示均是共点力。 甲　　　　　　乙　　　　　　丙
3．力的合成 (1)定义：求几个力的____的过程。 (2)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有向线段为邻边作平行四边形， 这两个邻边之间的对角线就表示合力的 ____和____。如图甲所示。 ②三角形定则：把两个矢量________， 从而求出合矢量的方法。如图乙所示。
4．力的分解 (1)定义：求一个已知力的____的过程。 (2)遵循原则：__________定则或______定则。 (3)分解方法：①按力产生的____分解；②正交分解。
二、矢量和标量 1．矢量：既有大小又有____的量，运算时遵从______________。 2．标量：只有大小____方向的量，求和时按________相加。
一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)两个力的合力一定大于任何一个分力。(　　) (2)对力分解时必须按作用效果分解。(　　) (3)两个分力大小一定，夹角越大，合力越大。(　　) (4)合力一定时，两个分力的夹角越大，分力越大。(　　) (5)位移、速度、加速度、力、时间均为矢量。(　　) (6)合力与分力是等效替代关系，因此受力分析时不要重复分析。(　　)
二、教材习题衍生 1．(鲁科版必修第一册改编)某同学在单杠上做引体向上，在图中的四个选项中双臂用力最小的是(　　)       A　　 B　 　C　　　D
B　[双臂拉力的合力一定(等于同学自身的重力)，双臂的夹角越大，所需拉力越大，故双臂平行时，双臂的拉力最小，故B正确。]
2．(人教版必修第一册改编)作用在同一个物体上的两个共点力，一个力的大小是2 N，另一个力的大小是10 N，它们合力的大小不可能是(　　) A．6 N B．8 N C．10 N D．12 N
A　[两力合成时，合力范围为：|F1－F2|≤F≤F1＋F2，故8 N≤ F≤12 N，故8 N、10 N、12 N是可能的合力；6 N没有在范围之内是不可能的合力，故选A。]
3．(粤教版必修第一册改编)(多选)小娟、小明两人共提一桶水匀速前行，如图所示，已知两人手臂上的拉力大小相等且为F，两人手臂间的夹角为θ，水和水桶的总重力为G，则下列说法中正确的是(　　)
AC　[由力的合成可知，在两分力相等，θ＝120°时，F合＝F＝G；θ＝0°时， ，故选项A、C正确，B错误；在合力一定时，分力间的夹角θ越大，则分力越大，故选项D错误。]
1．合力范围的确定 (1)两个共点力的合力范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2。 (2)三个共点力的合力范围 最大值：三个力同向时，其合力最大，为Fmax＝F1＋F2＋F3。 最小值：以这三个力的大小为边，如果能组成封闭的三角形(三个力首尾相接)，则其合力的最小值为零，即Fmin＝0；如果不能，则合力的最小值为Fmin＝F1－|F2＋F3|(F1为三个力中最大的力)。
考点1　力的合成　师生共研
湖南卷 2022·T5
辽宁卷 2022·T4
2．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：几种特殊情况的共点力的合成。
[典例1]　(一题多法)上海市的杨浦大桥是我国自行设计建造的双塔双索面叠合梁斜拉桥，如图甲所示。挺拔高耸的208 m 主塔似一把利剑直刺苍穹，塔的两侧32对钢索连接主梁，呈扇面展开，如巨型琴弦，正弹奏着巨龙腾飞的奏鸣曲。假设斜拉桥中某对钢索与竖直方向的夹角都是30°，如图乙所示，每根钢索中的拉力都是3×104 N，那么每对钢索对塔柱形成的合力有多大？方向如何？
甲　　　　　　　　　乙　　
思路点拨：解此题可按以下思路： (1)把两根钢索的拉力看成沿钢索方向的两个分力，以它们为邻边画出一个平行四边形，其对角线就表示它们的合力。 (2)由对称性可知，合力方向一定沿塔柱竖直向下。
[解析]　法一：作图法 如图1所示，自O点引两根有向线段OA和OB， 它们跟竖直方向的夹角都为30°，取单位长度为1×104 N， 则OA和OB的长度都是3个单位长度，量得对角线OC长约为5.2个单位长度， 所以合力的大小为F＝5.2×1×104 N ＝5.2×104 N，方向竖直向下。
对于直角三角形AOD，∠AOD＝30°，
[答案]　5.2×104 N　方向竖直向下
[跟进训练] 1．(合力与分力的关系)(多选)两个共点力F1、F2大小不同，它们的合力大小为F，则(　　) A．F1、F2同时增大一倍，F也增大一倍 B．F1、F2同时增加10 N，F也增加10 N C．F1增加10 N，F2减少10 N，F一定不变 D．若F1、F2中的一个增大，F不一定增大
AD　[根据平行四边形定则，F1、F2同时增大一倍，F也增大一倍，故A正确；根据平行四边形定则，F1、F2都增大10 N，若方向相同F增加20 N；若方向相反，F不变，故B错误；只有方向相同时，F1增加10 N，F2减少10 N，F才一定不变，故C错误；F1、F2中的一个增大，根据平行四边形定则，若F1、F2方向相反，若F1、F2中的一个增大，F不一定增大，故D正确。故选AD。]
2．(力合成范围的分析与计算)(多选)一物体静止于水平桌面上，两者之间的最大静摩擦力为5 N，现将水平面内三个力同时作用于物体的同一点，三个力的大小分别为2 N、2 N、3 N。下列关于物体的受力情况和运动情况判断正确的是(　　) A．物体所受静摩擦力可能为2 N B．物体所受静摩擦力可能为4 N C．物体可能仍保持静止 D．物体一定被拉动
ABC　[2 N和2 N的合力范围为[0，4 N]，3 N在此范围内，故当两个2 N合力为3 N时，再与第三个力方向相反，则三个力的合力为0，故2 N、2 N、3 N 三个力的合力范围为[0，7 N]。2 N在三个力的合力范围内，故当三个力的合力为2 N时，物体所受静摩擦力为2 N，故A正确；4 N在三个力的合力范围内，故当三个力的合力为4 N时，物体所受静摩擦力为4 N，故B正确；当三个力的合力小于最大静摩擦力5 N时，物体仍保持静止状态，故C正确，D错误。故选ABC。]
3．(合力的计算)航母阻拦索用于拦停高速着舰的舰载机，被喻为“舰载机生命线”。如图所示为其结构简图，滑轮1、2、3、4及液压缸a、b、c固定在甲板平面上，阻拦索绕过滑轮组后闭合。某时刻舰载机的挂钩勾住阻拦索，形成图示的夹角时，舰载机受到阻拦索的合力大小为F。不考虑阻拦索、滑轮的质量及摩擦，则此时单个柱塞所受阻拦索的合力大小为(　　)
B　[某时刻舰载机的挂钩勾住阻拦索，形成60°夹角时，有2F′cs 30°＝F，解得阻拦索中的拉力 。单个柱塞所受阻拦索的合力大小为F合＝2F′cs 60°＝ ，选项B正确。]
考点2　力的分解　多维探究
2．力的分解方法的选取原则 (1)一般来说，当物体受到三个或三个以下的力时，常按实际效果进行分解。 (2)当物体受到三个以上的力时，常用正交分解法。
角度1　力的效果分解法 [典例2]　用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示。两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上，倾角分别为30°和60°。重力加速度为g。当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2，则(　　)
D　[分析可知工件受力平衡，对工件受到的重力按照压紧斜面Ⅰ和Ⅱ的效果进行分解如图所示，结合几何关系可知工件对斜面Ⅰ的压力大小为F1＝mgcs 30°＝ 、 对斜面Ⅱ的压力大小为F2＝mgsin 30°＝ ，选项D正确，A、B、C均错误。]
角度2　力的正交分解法 [典例3]　如图甲、乙所示，质量为m的物体置于倾角为θ的固定斜面上，物体与斜面之间的动摩擦因数为μ，先用平行于斜面的推力F1作用于物体上使其能沿斜面匀速上滑，若改用水平推力F2作用于物体上，也能使物体沿斜面匀速上滑，则两次的推力之比 为(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．cs θ＋μsin θ B．cs θ－μsin θ C．1＋μtan θ D．1－μtan θ
B　[物体在力F1作用下和力F2作用下运动时的受力如图1、图2所示。将物体受力沿斜面方向和垂直于斜面方向正交分解，由平衡条件可得：F1＝mgsin θ＋Ff1，FN1＝mgcs θ，Ff1＝μFN1 ，F2cs θ＝mgsin θ＋Ff2 ，FN2＝mgcs θ＋F2sin θ ，Ff2＝μFN2 ，解得：F1＝mgsin θ＋μmgcs θ，F2＝ ，故 ＝cs θ－μsin θ，选项B正确。
　 图1　　　　　　　　　　图2　]
AC　[根据题意，作出矢量三角形，如图，通过几何关系得，F1＝ 或F1＝ F，故A、C正确，B、D错误。]
规律方法　力的分解的唯一性和多解性 (1)已知两个不平行分力的方向，可以唯一地作出力的平行四边形，对力进行分解，其解是唯一的。 (2)已知一个分力的大小和方向，力的分解也是唯一的。
(3)已知一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小，对力F进行分解，如图所示，有三种可能：(F1与F的夹角为θ) ①F2