人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力4 力的合成和分解学案设计
展开1.合力和分力
(1)合力:假设一个力eq \(□,\s\up3(01))单独作用的效果跟某几个力eq \(□,\s\up3(02))共同作用的效果相同,这个力就叫作那几个力的合力。
(2)分力:假设几个力eq \(□,\s\up3(03))共同作用的效果跟某个力eq \(□,\s\up3(04))单独作用的效果相同,这几个力就叫作那个力的分力。
(3)关系:合力与分力是eq \(□,\s\up3(05))等效替代关系。
2.力的合成和分解
(1)定义:求几个力的eq \(□,\s\up3(01))合力的过程叫作力的合成,求一个力的eq \(□,\s\up3(02))分力的过程叫作力的分解。力的分解是eq \(□,\s\up3(03))力的合成的逆运算。
(2)运算法则
平行四边形定则:在两个力合成时,如果以表示这两个力的有向线段为eq \(□,\s\up3(04))邻边作平行四边形,这两个邻边之间的eq \(□,\s\up3(05))对角线就代表合力的大小和方向。这个规律叫作平行四边形定则。
3.矢量和标量
(1)矢量:既有大小又有eq \(□,\s\up3(01))方向,相加时遵从eq \(□,\s\up3(02))平行四边形定则的物理量叫作矢量,如速度、力等。
(2)标量:只有大小,没有eq \(□,\s\up3(03))方向,相加时遵从eq \(□,\s\up3(04))算术法则的物理量叫作标量,如路程、速率等。
典型考点一 合力和分力
1.(多选)关于几个力及其合力,下列说法正确的是( )
A.合力的作用效果跟原来几个力共同作用产生的效果相同
B.合力与原来那几个力同时作用在物体上
C.合力的作用可以替代原来那几个力的作用
D.求几个力的合力遵从平行四边形定则
答案 ACD
解析 合力的作用效果跟原来几个力共同作用产生的效果相同,合力的作用可以替代原来那几个力的作用,A、C正确;合力与分力是等效替代关系,不是重复受力,B错误;求几个力的合力遵从平行四边形定则,D正确。
典型考点二 探究两个互成角度的力的合成规律
2.在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中:
(1)采用的科学方法是________。
A.理想实验法 B.等效替代法
C.控制变量法 D.建立物理模型法
(2)下列是某同学在做该实验时的一些看法,其中错误的是________(填相应的字母)。
A.拉橡皮筋的绳线要细长,实验中弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板平面平行
B.拉橡皮筋结点到某一位置O时,拉力要适当大些,读数时视线要正对弹簧秤刻度
C.拉橡皮筋结点到某一位置O时,两个弹簧秤之间夹角应取90°以便于算出合力大小
D.实验中,橡皮筋应该与两个弹簧秤之间夹角的平分线在同一直线上
E.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一个弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O点
(3)实验中的情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉的位置,OB和OC为绳线。O为橡皮筋与绳线的结点,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。图乙中的F与F′两个力中,方向一定沿AO方向的是________(填“F”或“F′”)。
答案 (1)B (2)CDE (3)F′
解析 (1)该实验中采用的科学方法是等效替代法,B正确,A、C、D错误。
(2)拉橡皮筋的绳线要细长,实验中弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板平面平行,A正确;拉力需适当大一些,读数时视线要正对弹簧秤刻度,B正确;两个弹簧秤之间的夹角不一定要取90度,C错误;实验中,两弹簧秤的拉力的角平分线不一定与橡皮筋在同一条直线上,D错误;在实验中,其中一个弹簧秤沿某一方向的拉力不能过大,否则要把弹簧秤另一端拉到O点,调节另一个弹簧秤的拉力时需要超出弹簧秤的量程,E错误。故选C、D、E。
(3)F1与F2的合力的实际测量值为一个弹簧秤拉橡皮筋时的弹力,理论值是通过平行四边形定则得到的值。方向一定沿AO方向的是实际测量值,为F′。
典型考点三 力的合成
3.关于两个力的合力跟这两个分力的大小关系,下列说法中正确的是( )
A.合力的大小一定大于它的任意一个分力的大小
B.合力的大小一定等于它的两个分力的大小之和
C.合力可以比两个分力都大,也可以比两个分力都小
D.合力的大小不可能与它的分力大小相等
答案 C
解析 两个分力与它们的合力可以构成一个封闭的三角形,根据三角形的边长关系可以知道合力可以比两个分力都大,也可以比两个分力都小,还可以与两个分力大小都相等,故C正确,A、B、D错误。
4.如图所示,三个力同时作用在质点P上,它们的大小和方向相当于正六边形的两条边和一条对角线。已知F1=F2=F,则这三个力的合力等于( )
A.3F B.4F
C.5F D.6F
答案 A
解析 F1、F2的夹角为120°,根据几何知识可知F3=2F,又根据平行四边形定则,F1、F2的合力为F,且方向与F3共线同向,所以F1、F2、F3的合力大小为3F,A正确。
典型考点四 力的分解
5.如图所示,水平面上和倾角为α的斜面上的物体都受到推力F的作用,说明两种情况下F产生的效果,并求出每种情况下F的两个分力的大小。
答案 两种情况下的F都产生使物体压紧接触面和使物体沿接触面滑动的效果 两种情况下,两个分力的大小都是:F1=Fcsα,F2=Fsinα
解析 两种情况下的F都产生使物体压紧接触面和使物体沿接触面滑动的效果。对两个图中的推力F进行力的分解,如图所示。
根据力的平行四边形定则,有
甲图:F1=Fcsα,F2=Fsinα;
乙图:F1=Fcsα,F2=Fsinα。
典型考点五 矢量和标量
6.(多选)关于矢量和标量的理解,下列说法中正确的是( )
A.-10 m的位移比5 m的位移小
B.温度计读数有正负,其正、负号表示温度的方向
C.矢量与标量的本质区别是它们的运算方法不同
D.运算时遵从平行四边形定则的物理量是矢量
答案 CD
解析 矢量是既有大小又有方向,相加时遵从平行四边形定则的物理量;标量是只有大小,没有方向,相加时遵从算数法则的物理量。-10 m的位移是指位移大小是10 m,方向与规定的正方向相反,它比5 m的位移大,A错误;温度是标量,没有方向,温度计读数的正或负号表示温度比零摄氏度高或低,B错误;矢量与标量的本质区别是它们的运算方法不同,运算时遵从平行四边形定则的物理量是矢量,遵从算数法则的是标量,C、D正确。
1.(多选)一个物体受到两个力的作用,大小分别为4 N和5 N,这两个力的合力可能是( )
A.0 N B.5 N C.8 N D.10 N
答案 BC
解析 二力合成时,合力范围为:|F1-F2|≤F≤F1+F2,故1 N≤F≤9 N,B、C正确,A、D错误。
2.下列各组物理量中全部是矢量的是( )
A.位移、速度、加速度、力 B.位移、时间、速度、路程
C.力、位移、速率、加速度 D.速度、加速度、力、路程
答案 A
解析 位移、速度、加速度、力既有大小又有方向,都是矢量,时间、路程、速率只有大小没有方向,是标量。故A正确,B、C、D错误。
3.两个力F1和F2之间的夹角为θ,两个力的合力为F,下列说法中正确的是( )
A.F1和F2增大时,合力F一定增大
B.F1和F2增大时,合力F可能减小
C.F1和F2一定,夹角θ增大(θ≤180°)时,合力F一定增大
D.F1和夹角θ一定(θ≤180°)时,只要F2增大,合力F就一定增大
答案 B
解析 当力F1、F2都增大时,两个力之间的夹角可能也在增大,所以合力F可能减小,A错误,B正确;根据平行四边形定则,F1和F2一定,夹角θ增大(θ≤180°)时,合力F一定减小,C错误;根据平行四边形定则可知,如果夹角不变,F1大小不变,只要F2增大,合力F可能减小,也可能增大,D错误。
4.如图所示是两个共点力的合力F的大小与这两个共点力之间的夹角θ的关系图像,则这两个力的大小分别是( )
A.1 N、4 N
B.2 N、3 N
C.1 N、5 N
D.2 N、4 N
答案 B
解析 由图像可知,当夹角θ=0时,F=F1+F2=5 N,当夹角θ=180°时,F′=|F1-F2|=1 N,联立解得F1=3 N,F2=2 N,或F1=2 N,F2=3 N,B正确。
5.(多选)将一个力F分解为两个分力F1和F2,则下列说法中正确的是( )
A.F是物体实际受到的力
B.F1和F2在效果上可以取代力F
C.物体受到F1、F2和F三个力的作用
D.F是F1和F2的合力
答案 ABD
解析 F是物体实际受到的力,A正确;分力的共同作用效果与合力的作用效果相同,B正确;分力F1、F2不是物体所受到的力,C错误;一个力F分解为两个分力F1和F2,则F是F1和F2的合力,D正确。
6.(多选)如图所示是骨折病人的牵引装置示意图,绳的一端固定,绕过定滑轮和动滑轮后挂着一个重物,与动滑轮相连的帆布带拉着病人的脚,整个装置在同一竖直平面内。为了使脚所受的拉力增大,可采取的方法是( )
A.只增加绳的长度
B.只增加重物的质量
C.只将病人的脚向左移动
D.只将两定滑轮的间距变大
答案 BC
解析 脚受到的拉力等于两侧绳拉力的合力,只增加绳的长度,绳的拉力和θ角均不变,脚受到的拉力不变,A错误;只增加重物的质量,绳的拉力增大,合力增大,B正确;只将病人的脚向左移动,θ角减小,合力增大,C正确;只将两定滑轮间距变大,θ角变大,合力减小,D错误。
7. 如图所示,为了行车的方便与安全,上山的公路都是很长的“之”字形盘山公路,这样做的主要目的是( )
A.减小上山车辆受到的摩擦力
B.减小上山车辆的重力
C.减小上山车辆对路面的压力
D.减小上山车辆的重力沿平行于路面向下的分力
答案 D
解析 对车进行受力分析,受重力、支持力和阻力,物体的重力不变,重力产生两个作用效果:使物体沿路面下滑和使物体紧压路面。设路面倾角为θ,将重力按照作用效果正交分解,如图所示,由几何关系可得,平行于路面的分力为G1=Gsinθ,由于路面越长,坡角θ越小,则G1越小,D正确;垂直路面的分力为G2=Gcsθ,车辆对路面的压力等于重力垂直于路面的分力,N=Gcsθ,θ变小,压力变大,由Ff=μN可知上山车辆受到的摩擦力变大,A、C错误;由G=mg知,上山车辆的重力不变,B错误。
8.如图所示,人拉着旅行箱前进,拉力F与水平方向成α角,若将拉力F沿水平和竖直方向分解,则它的竖直分力为( )
A.Fsinα
B.Fcsα
C.Ftanα
D.Fctα
答案 A
解析 如图所示,将F沿水平方向和竖直方向分解为两个力,根据平行四边形定则,竖直方向上的分力F2=Fsinα,故A正确,B、C、D错误。
9. 氢气球重为10 N,所受空气浮力为16 N,由于受水平方向的风力F作用,系氢气球的绳子和地面成60°角,如图所示,求:
(1)绳子的拉力T;
(2)气球受到的风力F。
答案 (1)4eq \r(3) N (2)2eq \r(3) N
解析 以氢气球重心为原点,分别以水平和竖直方向为x轴和y轴建立平面直角坐标系,对氢气球进行受力分析,并对拉力T进行正交分解,如图所示,
分力T1使氢气球不被风吹走,分力T2使氢气球不上浮,故有T1=F,T2=F浮-G,
又T1=Tcs60°,T2=Tsin60°,
解得:T=4eq \r(3) N,F=2eq \r(3) N。
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