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(新人教版) 2025年高考物理一轮复习课件第2章 第2课时 力的合成与分解
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考点三 “活结”与“死结”、“动杆”与“定杆”
1.合力与分力(1)定义:如果一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同,这个力叫作那几个力的 ,那几个力叫作这个力的 。(2)关系:合力与分力是 关系。
2.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:求两个互成角度的分力的合力,可以用表示这两个力的有向线段为 作平行四边形,这两个邻边之间的 就表示合力的大小和方向。如图甲所示,F1、F2为分力,F为合力。
②三角形定则:把两个矢量的首尾顺次连接起来,第一个矢量的起点到第二个矢量的终点的 为合矢量。如图乙所示,F1、F2为分力,F为合力。
3.两个共点力的合力大小的范围: ≤F≤ 。(1)两个力的大小不变时,其合力随夹角的增大而 。(2)当两个力反向时,合力最小,为 ;当两个力同向时,合力最大,为 。
1.合力和分力可以同时作用在一个物体上。( )2.两个力的合力一定比任一分力大。( )3.两分力同时增大1倍,合力也增大1倍。( )4.两分力都增加10 N,合力也增加10 N。( )
思考1.互成角度的两个力,其中一个力增大后,合力一定增大吗?请作图说明。
答案 不一定。如图,F2增大后,合力F可能减小,可能不变,可能增大。
2.(1)有三个共点力F1=8 N,F2=7 N,F3=10 N,则这三个力合力的最大值为______ N,最小值为_____ N。(2)有三个共点力F1=8 N,F2=7 N,F3=16 N,则这三个力合力的最大值为______ N,最小值为_____ N。(3)根据(1)(2)计算结果,总结求三个力合力最小值的规律:_________________________________________________________________________________________________________________________________。
如果一个力的大小处于另外两个力的合力大小范围之内,则其合力的最小值为零,即Fmin=0;否则Fmin=F3-(F1+F2)(F3为三个力中最大的力)
例1 一物体受到三个共面共点力F1、F2、F3的作用,三力的矢量关系如图所示(小方格边长相等),则下列说法正确的是A.三力的合力有最大值F1+F2+F3,方向不确定B.三力的合力有唯一值3F3,方向与F3同向C.三力的合力有唯一值2F3,方向与F3同向D.由题给条件无法求合力大小
例2 (2023·重庆卷·1)矫正牙齿时,可用牵引线对牙施加力的作用。若某颗牙齿受到牵引线的两个作用力大小均为F,夹角为α(如图),则该牙所受两牵引力的合力大小为
1.力的分解是力的合成的逆运算,遵循的法则: 定则或 定则。2.分解方法(1)按力产生的 分解①根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向。②再根据两个分力方向画出平行四边形。③最后由几何知识求出两个分力的大小和方向。
(2)正交分解将力沿相互垂直的两个坐标轴分解,从而求出沿坐标轴方向上的合力,列平衡方程或牛顿第二定律。①建立坐标系的原则:在静力学中,以少分解力和容易分解力为原则(使尽量多的力分布在坐标轴上);在动力学中,往往以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标系。
②多个力求合力的方法:把各力沿相互垂直的x轴、y轴分解。x轴上的合力Fx=Fx1+Fx2+Fx3+…y轴上的合力Fy=Fy1+Fy2+Fy3+…
1.在进行力的合成与分解时,都能应用平行四边形定则或三角形定则。( )2.2 N的力能够分解成6 N和3 N的两个分力。( )
例3 某同学周末在家大扫除,移动衣橱时,无论怎么推也推不动,于是他组装了一个装置,如图所示,两块相同木板可绕A处的环转动,两木板的另一端点B、C分别用薄木板顶住衣橱和墙角,该同学站在该装置的A处。若调整装置A点距地面的高h=14 cm时,B、C两点的间距L=96 cm,B处衣橱恰好移动。已知该同学的质量为m=50 kg,重力加速度大小取g=9.8 m/s2,忽略A处的摩擦,则此时衣橱受到该装置的水平推力大小为A.875 N B.1 650 NC.840 N D.1 680 N
例4 (2022·辽宁卷·4)如图所示,蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上,并处于静止状态。蛛丝OM、ON与竖直方向夹角分别为α、β(α>β)。用F1、F2分别表示OM、ON的拉力,则A.F1的竖直分力大于F2的竖直分力B.F1的竖直分力等于F2的竖直分力C.F1的水平分力大于F2的水平分力D.F1的水平分力等于F2的水平分力
例5 如图所示为一侧耳朵佩戴口罩的示意图,一侧的口罩带是由直线AB、弧线BCD和直线DE组成的。假若口罩带可认为是一段劲度系数为k的弹性轻绳,在佩戴好口罩后弹性轻绳被拉长了x,此时AB段与水平方向的夹角为37°,DE段与水平方向的夹角为53°,弹性绳涉及的受力均在同一平面内,忽略一切摩擦,已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,则下列说法正确的是A.口罩带对耳朵的作用力方向与水平方向夹角为37°B.口罩带对耳朵的作用力方向与水平方向夹角为53°C.耳朵受到的口罩带的作用力为2kxD.耳朵受到的口罩带的作用力为
“活结”与“死结”、“动杆”与“定杆”
例6 如图甲所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的光滑定滑轮挂住一个质量为m1的物体,∠ACB=30°;图乙所示的轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过细绳EG拉住,EG与水平方向成30°角,轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为m2的物体,重力加速度为g,
B.图乙中HG杆受到绳的作用力大小为m2gC.细绳AC段的拉力FAC与细绳EG段的拉力FEG的大小之比为1∶1D.细绳AC段的拉力FAC与细绳EG段的拉力FEG的大小之比为m1∶2m2
题图甲中是一根绳跨过光滑定滑轮,绳中的弹力大小相等,两段绳的拉力大小都是m1g,互成120°角,则合力的大小是m1g,方向与竖直方向成60°角斜向左下方,故BC对滑轮的作用力大小也是m1g,方向与竖直方向成60°角斜向右上方,A选项错误;题图乙中HG杆受到绳的作用力大小为 ,B选项错误;
1.活结:当绳绕过光滑的滑轮或挂钩时,绳上的力是相等的,即滑轮只改变力的方向,不改变力的大小。2.死结:若结点不是滑轮,而是固定点时,称为“死结”,其两侧绳上的弹力大小不一定相等。3.动杆:若轻杆用光滑的转轴或铰链连接,当杆平衡时,杆所受到的弹力方向一定沿着杆,否则杆会转动。4.定杆:若轻杆被固定,不发生转动,则杆受到的弹力方向不一定沿杆的方向。
1.三个共点力大小分别是F1、F2、F3,关于它们合力F的大小,下列说法正确的是A.F大小的取值范围一定是0≤F≤F1+F2+F3B.F至少比F1、F2、F3中的某一个力大C.若F1∶F2∶F3=3∶6∶8,只要适当调整它们之间的夹角,一定能使合 力为零D.若F1∶F2∶F3=3∶6∶2,只要适当调整它们之间的夹角,一定能使合 力为零
2.(2021·重庆卷·1)如图所示,人游泳时若某时刻手掌对水的作用力大小为F,该力与水平方向的夹角为30°,则该力在水平方向的分力大小为
3.用两根等长轻绳将木板挂在竖直木桩上等高的两点,制成一简易秋千。某次维修时将两轻绳各剪去一小段,但仍保持两绳等长且悬点不变。木板静止时,F1表示木板所受合力的大小,F2表示单根轻绳对木板拉力的大小,则维修后A.F1不变,F2变大 B.F1不变,F2变小C.F1变大,F2变大 D.F1变小,F2变小
4.(多选)(2023·四川绵阳市盐亭中学一模)图甲、乙、丙、丁所示的四种情况是某一质点在同一平面内同时受到的三个共点力,若坐标纸中每格边长表示1 N的大小的力,则下列关于质点所受的合力的说法中正确的是 A.图甲中质点所受的合力大小是12 N,方向水平向右B.图乙中质点所受的合力等于0C.图丙中质点所受的合力大小是8 N,方向竖直向上D.图丁中质点所受的合力大小等于5 N
5.(多选)(2024·河北衡水市武强中学检测)如图,家用小型起重机拉起重物的绳子一端固定在起重机斜臂顶端,另一端跨过动滑轮A和定滑轮B之后与电动机C相连。起重机正将重为G的重物匀速竖直上拉,忽略绳子与滑轮的摩擦以及绳子和动滑轮A的重力,∠ABC=60°,则A.绳子对定滑轮B的作用力方向竖直向下B.绳子对定滑轮B的作用力方向与BA成30°角斜向下C.绳子对定滑轮B的作用力大小等于GD.绳子对定滑轮B的作用力大小等于
绳子对定滑轮B的作用力为BA和BC两段绳子弹力的合力,方向不可能竖直向下,故A错误;
6.(2024·湖北襄阳市第一中学月考)在药物使用中应用到很多物理知识。甲、乙两图分别是用注射器取药的情景和针尖刺入瓶塞的示意图,针尖的顶角很小,医生沿着注射器施加一个较小的力F,针尖会对瓶塞产生很大的推力。现只分析图乙的针尖倾斜侧面与水平侧面对瓶塞产生的两个推力,则A.针尖在两个侧面上对瓶塞的两个推力是 等大的B.针尖在倾斜侧面上对瓶塞的推力比水平 侧面的推力大C.若F一定,使用顶角越小的针尖,则倾斜侧面对瓶塞产生的推力就越小D.针尖在倾斜侧面上对瓶塞的推力FN=Fcs θ
将力F分解在垂直于针尖的两个侧面的方向上,如图所示,由几何关系知,针尖在倾斜侧面上对瓶塞的推力FN比水平侧面的推力FN′大,故A错误,B正确;
若F一定,使用顶角越小的针尖,则倾斜侧面对瓶塞产生的推力就越大,故C、D错误。
7.(2024·云南省昆明八中等三校联考)已知两分力的大小分别为F1和F2,且F1>F2,θ是两分力的合力与F1的夹角的最大值,下列结论正确的是
8.(多选)(2024·广东广州市质检)耙在中国已有1 500年以上的历史,北魏贾思勰著《齐民要术》称之为“铁齿楱”,将使用此农具的作业称作耙。如图甲所示,牛通过两根耙索拉耙沿水平方向匀速耙地。两根耙索等长且对称,延长线的交点为O1,夹角∠AO1B=60°,拉力大小均为F,平面AO1B与水平面的夹角为30°(O2为AB的中点),如图乙所示。忽略耙索质量,下列说法正确的是
9.磁力防盗扣的内部结构及原理如图所示,在锥形金属筒内放置四颗小铁珠(其余两颗未画出),工作时弹簧通过铁环将小铁珠挤压于金属筒的底部,同时,小铁珠陷于钉柱上的凹槽里,锁死防盗扣。当用强磁场吸引防盗扣的顶部时,铁环和小铁珠向上移动,防盗扣松开,已知锥形金属筒底部的圆锥顶角刚好是90°,弹簧通过铁环施加给每个小铁珠竖直向下的力F,小铁珠锁死防盗扣,每个小铁珠对钉柱产生的侧向压力大小为(不计摩擦以及小铁珠的重力)
10.如图所示,轻绳MN的两端固定在水平天花板上,物体A系在轻绳MN的某处,悬挂有物体B的光滑轻滑轮跨在轻绳MN上。系统静止时的几何关系如图,则A与B的质量之比为
11.如图所示是扩张机的原理示意图,A、B为活动铰链,C为固定铰链,在A处作用一水平力F,B就以比F大得多的压力向上顶物体D,已知图中2l=1.0 m,b=0.05 m,F=400 N,B与左侧竖直墙壁接触,接触面光滑,铰链和杆受到的重力不计,求:(1)扩张机AB杆的弹力大小(用含α的三角函数表示);
(2)D受到向上顶的力的大小。
12.一重力为G的圆柱体工件放在V形槽中,槽顶角α=60°,槽的两侧面与水平方向的夹角相等,槽与工件接触处的动摩擦因数处处相同,大小为μ=0.25,则:(1)要沿圆柱体的轴线方向(如图甲所示)水平地把工件从槽中拉出来,人至少要施加多大的拉力?
(2)现把整个装置倾斜,使圆柱体的轴线与水平方向成37°角,如图乙所示,且保证工件对V形槽两侧面的压力大小相等,发现工件能自动沿槽下滑,求此时工件所受槽的摩擦力大小。(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)
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