2020高考物理一轮复习-教案27-力的合成与分解.docx

力的合成与分解考纲解读 1.会用平行四边形定则、三角形法则进行力的合成与分解.2.会用正交分解法进行力的合成与分解1 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、长度、速度、电流C力、位移、速率、加速度D速度、加速度、力、电流答案A解析可通过以下表格对各选项逐一分析选项诊断结论A位移、速度、加速度、力既有大小又有方向，遵循平行四边形定则B长度只有大小没有方向是标量，电流运算不遵循平行四边形定则C速率是速度的大小，没有方向D电流虽然有大小也有方向，但运算不遵循平行四边形定则2 两个共点力F1与F2的合力大小为6 N，则F1与F2的大小可能是 ()AF12 N，F29 NBF14 N，F28 NCF11 N，F28 NDF12 N，F21 N答案B解析由于合力大小为：|F1F2|F|F1F2|，可通过以下表格对选项进行分析选项诊断结论A7 NF11 NB4 NF12 NC7 NF9 ND1 NF3 N3 如图1所示，体操吊环运动有一个高难度的动作就是先双手撑住吊环(图甲)，然后身体下移，双臂缓慢张开到图乙位置，则在此过程中，吊环的两根绳的拉力FT(两个拉力大小相等)及它们的合力F的大小变化 状况为 () AFT减小，F不变 图1BFT增大，F不变CFT增大，F减小DFT增大，F增大 答案B4将物体所受重力按力的效果进行分解，下列图中错误的是 ()答案C解析A项中物体重力分解为垂直于斜面使物体压紧斜面的分力G1和沿斜面对下使物体向下滑的分力G2；B项中物体的重力分解为沿两条细绳使细绳张紧的分力G1和G2，A、B项图画得正确C项中物体的重力应分解为垂直于两接触面使物体紧压两接触面的分力G1和G2，故C项图画得不正确D项中物体的重力分解为水平向左压紧墙的分力G1和沿绳向下使绳张紧的分力G2，故D项图画得正确考点梳理1 合力与分力(1)定义：假如一个力的作用效果跟几个力共同作用的效果相同，这一个力就叫那几个力的合力，那几个力就叫这个力的分力(2)规律关系：合力和分力是一种等效替代关系2 共点力：作用在物体上的力的作用线或作用线的反向延长线交于一点的力3 力的合成的运算法则(1)平行四边形定则：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以用表示F1、F2的有向线段为邻边作平行四边形，平行四边形的对角线(在两个有向线段F1、F2之间)就表示合力的大小和方向，如图2甲所示(2)三角形定则：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的线段首尾顺次相接地画出，把F1、F2的另外两端连接起来，则此连线就表示合力的大小和方向，如图乙所示图24 矢量和标量(1)矢量：既有大小又有方向的量相加时遵循平行四边形定则(2)标量：只有大小没有方向的量求和时按算术法则相加5 力的分解(1)概念：求一个力的分力的过程(2)遵循的原则：平行四边形定则或三角形定则(3)分解的方法按力产生的实际效果进行分解正交分解法：合力确定大于分力吗？答案合力可能大于分力，也可能等于或小于分力5 如图所示，F1、F2、F3恰好构成封闭的直角三角形，这三个力的合力最大的是 ()答案C解析由矢量合成法则可知A图的合力为2F3，B图的合力为0，C图的合力为2F2，D图的合力为2F3，因F2为直角三角形的斜边，故这三个力的合力最大的为C图6 如图3所示，用一根长为l的细绳一端固定在O点，另一端悬挂质量为m的小球A，为使细绳与竖直方向成30角且绷紧，小球A处于静止，对小球施加的最小的力是 ()A.mg B.mgC.mg D.mg 图3 答案C解析球受重力mg、绳的拉力FT、外力F三个力作用，合力为零则mg与F的合力确定与FT等大反向，画出力的三角形可知，当F与FT垂直时F最小，Fminmgsin 30mg，选项C正确方法提炼1 力的三角形法则：(1)如三个力首尾相连组成一个闭合的三角形，则三个力的合力为零(2)两个力首尾相接作为三角形的两个边，则第三边就是二力的合力2 合力确定，一分力F1的方向确定时，当另一分力F2的方向与F1垂直时，F2取得最小值考点一力的合成方法及合力范围的确定1 共点力合成的方法(1)作图法(2)计算法：依据平行四边形定则作出示意图，然后利用解三角形的方法求出合力2 合力范围的确定(1)两个共点力的合力范围：|F1F2|FF1F2，即两个力的大小不变时，其合力随夹角的增大而减小当两个力反向时，合力最小，为|F1F2|；当两个力同向时，合力最大，为F1F2.(2)三个共点力的合成范围最大值：三个力同向时，其合力最大，为FmaxF1F2F3.最小值：以这三个力的大小为边，假如能组成封闭的三角形，则其合力的最小值为零，即Fmin0；假如不能，则合力的最小值的大小等于最大的一个力减去另外两个力和的确定值，即FminF1|F2F3|(F1为三个力中最大的力)特殊提示1.二个分力确定时，夹角越大，合力越小2合力确定，二等大分力的夹角越大，二分力越大3合力可以大于分力，等于分力，也可以小于分力的大小例12011年9月24日，在湖南张家界，美国冒险家杰布克里斯身着翼装从距离天门洞约一公里、飞行高度约2 000米的直升飞机上出舱起跳，成功穿过天门洞后连续飞行约40秒，平安降落在盘山大路上若杰布克里斯离开飞机后，通过调整飞行姿势，最终与地平线成37角以速度v匀速飞行，飞行过程中空气升力大小F1k1v2，方向与飞行方向垂直，空气阻力大小F2k2v2方向与速度方向相反，则下列关系正确的是 ()Ak1k2 Bk2k1Ck2k1 Dk1k2审题指导读题明确F合0F1与F2的合力与G等大反向 利用平行四边形定则画出F1与F2的合力解析杰布克里斯匀速飞行时，受力分析如图所示，由平衡条件可知F2F1tan ，即k2v2k1v2tan 37，所以k2k1，B对答案B规律总结利用平行四边形定则进行力的合成，求解问题时，一般把二分力、一个合力放在一个直角三角形(平行四边形的一半)中，再利用三角形学问分析求解突破训练1如图4所示，用轻绳AO和OB将重为G的重物悬挂在水平天花板和竖直墙壁之间处于静止状态，AO绳水平，OB绳与竖直方向的夹角为，则AO绳的拉力FA、OB绳的拉力FB的大小与G之间的关系为 ()AFAGtan BFA 图4CFBDFBGcos 答案AC解析结点O受到三个力作用FA、FB、FC，如图所示，其中FA、FB的合力与FC等大反向，即F合FCG，则：tan ，cos 解得：FAGtan ，FB，故A、C正确突破训练2F1、F2是力F的两个分力若F10 N，则下列不行能是F的两个分力的是()AF110 N，F210 NBF120 N，F220 NCF12 N，F26 NDF120 N，F230 N答案C解析合力F和两个分力F1、F2之间的关系为|F1F2|F|F1F2|，则应选C.考点二力的分解方法1 力的效果分解法(1)依据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向；(2)再依据两个实际分力的方向画出平行四边形；(3)最终由平行四边形和数学学问求出两分力的大小下表是高中阶段常见的按效果分解力的情形.实例分解思路拉力F可分解为水平分力F1Fcos 和竖直分力F2Fsin 重力分解为沿斜面对下的力F1mgsin 和垂直斜面对下的力F2mgcos 重力分解为使球压紧挡板的分力F1mgtan 和使球压紧斜面的分力F2重力分解为使球压紧竖直墙壁的分力F1mgtan 和使球拉紧悬线的分力F2mg/cos 小球重力分解为使物体拉紧AO线的分力F2和使物体拉紧BO线的分力F1，大小都为F1F2拉力分解为拉伸AB的分力F1mgtan 和压缩BC的分力F22 按问题的需要进行分解(1)已知合力F和两个分力的方向，可以唯一地作出力的平行四边形，对力F进行分解，其解是唯一的(2)已知合力F和一个分力的大小与方向，力F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， 则有三种可能(F1与F的夹角为)如图5所示：F2Fsin 时无解F2Fsin 或F2F时有一组解 图5Fsin F2F2025 N，所以F1的大小有两个，即F1和F1，F2的方向有两个，即F2的方向和F2的方向，故选项A、B、D错误，选项C正确2 (2022广东理综16)如图13所示，两根等长的轻绳将日光灯悬挂在天花板上，两绳与竖直方向的夹角都为45，日光灯保持水平，所受重力为G，左右两绳的拉力大小分别为()图13AG和G BG和GCG和G DG和G答案B解析依据对称性知两绳拉力大小相等，设为F，日光灯处于平衡状态，由2Fcos 45G解得FG，B项正确模拟题组3 我国选手陈一冰多次勇夺吊环冠军，是世锦赛四冠王图14为一次竞赛中他先用双手撑住吊环(如图甲所示)，然后身体下移，双臂缓慢张开到图乙位置则每条绳索的张力()图14A保持不变 B渐渐变小C渐渐变大 D先变大后变小答案C解析绳索之间的夹角变大，但合力不变(等于人的重力)，所以绳索上的张力应变大，C正确4 如图15所示，固定在水平地面上的物体A，左侧是圆弧面，右侧 是倾角为的斜面，一根轻绳跨过物体A顶点上的小滑轮，绳两端分别系有质量为m1、m2的小球，当两球静止时，小球m1与圆 心连线跟水平方向的夹角也为，不计一切摩擦，圆弧面半径远 图15大于小球直径，则m1、m2之间的关系是 ()Am1m2 Bm1m2tan Cm1m2cot Dm1m2cos 答案B解析通过光滑的滑轮相连，左右两侧绳的拉力大小相等，两小球都处于平衡状态，又由受力分析可得：对m1有，FTm1gcos .对m2有，FTm2gsin ，联立两式可得m1gcosm2gsin ，所以选项B正确5 如图16所示，光滑斜面倾角为30，轻绳一端通过两个滑轮与A相连，另一端固定于天花板上，不计绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量已知物块A的质量为m，连接A的轻绳与斜面平行，挂上物块B后，滑轮两边轻绳的夹角为90，A、B恰 图16保持静止，则物块B的质量为 ()A.m B.m Cm D2m答案A解析设绳上的张力为F，对斜面上的物体A受力分析可知Fmgsin 30mg对B上面的滑轮受力分析如图mBgF合Fmg所以mBm，选项A正确题组1对合力与分力关系的理解1 下列关于合力的叙述中正确的是 ()A合力是原来几个力的等效代替，合力的作用效果与分力的共同作用效果相同B两个力夹角为(0)，它们的合力随增大而增大C合力的大小总不会比分力的代数和大D不是同时作用在同一物体上的力也能进行力的合成的运算答案AC解析力的合成的基本动身点是力的等效代替合力是全部分力的一种等效力，它们之间是等效替代关系合力和作用在物体上各分力间的关系，在效果上是和各分力的共同作用等效，而不是与一个分力等效只有同时作用在同一物体上的力才能进行力的合成的运算就合力与诸分力中的一个分力的大小相比较，则合力的大小可以大于、等于或小于分力，这是由于力是矢量力的合成遵循平行四边形定则，合力的大小不仅跟分力的大小有关，而且跟分力的方向有关依据力的平行四边形定则和数学学问可知，两个分力间夹角为(0)，它们的合力随增大而减小当0时，合力最大，为两分力的代数和；当180时，合力最小，等于两分力的代数差所以合力的大小总不会比分力的代数和大2 生活中的物理学问无处不在如图1所示是我们衣服上的拉链的一部分，在把拉链拉开的时候，我们可以看到有一个类似三角形的东西在两链中间运动，使很难直接分开的拉链很简洁地被拉开，关于其中的物理原理，以下说法正确的是 ()A在拉开拉链的时候，三角形的物体增大了分开两拉链的力B在拉开拉链的时候，三角形的物体只是为了将拉链分开，并没有增大拉力 图1C在拉开拉链的时候，三角形的物体增大了分开拉链的力，但合上拉链时减小了合上的力D以上说法都不正确答案A解析在拉开拉链的时候，三角形的物体在两链间和拉链一起运动，手的拉力在三角形的物体上产生了两个分力，如图所示，分力大于手的拉力，所以很难直接分开的拉链可以很简洁地被三角形物体分开，同理可知，合上拉链时增大了合上的力3 如图2所示，相隔确定距离的两个相同的圆柱体A、B固定在等高的水平线上，一细绳套在两圆柱体上，细绳下端悬挂一重物绳和圆柱体之间无摩擦，当重物确定时，绳越长 ()A绳对圆柱体A的作用力越小，作用力与竖直方向的夹角越小 B绳对圆柱体A的作用力越小，作用力与竖直方向的夹角越大 图2C绳对圆柱体A的作用力越大，作用力与竖直方向的夹角越小D绳对圆柱体A的作用力越大，作用力与竖直方向的夹角越大答案A解析题中装置关于AB连线的中垂线对称，因此，三段绳中的张力相等对物体，两段绳的张力的合力等于物体的重力，若绳越长，则两段绳间的夹角越小，则张力越小对A圆柱体，两段绳的张力的合力即对圆柱体的作用力，绳越长，两绳的夹角越大，则合力越小，合力方向与竖直方向的夹角越小，选项A正确4 有两个大小相等的共点力F1和F2，当它们夹角为90时的合力为F，它们的夹角变为120时，合力的大小为 ()A2F B.F C.F D.F答案B解析依据题意可得，FF1.当两个力的夹角为120时，合力F合F1F.5 如图3所示，某同学通过滑轮组将一重物吊起，该同学对绳的竖直拉力为F1，对地面的压力为F2，不计滑轮与绳的重力及摩擦，则在重物缓慢上升的过程中，下列说法正确的是 ()AF1渐渐变小BF1渐渐变大CF2先变小后变大 图3DF2先变大后变小答案B解析由题图可知，滑轮两边绳的拉力均为F1，对滑轮有：2F1cos mg，当重物上升时，变大，cos 变小，F1变大对该同学来说，应有F2F1mg.而F1变大，mg不变，F2变小，即对地面的压力F2变小，综上述可知选项B正确题组2力的合成法的应用6 如图4所示，A、B都是重物，A被绕过小滑轮P的细线所悬挂，B放在粗糙的水平桌面上；小滑轮P被一根斜短线系于天花板上的O点；O是三根线的结点，bO水平拉着B物体，cO沿竖直方向拉着弹簧；弹簧、细线、小滑轮的重力和细线与滑轮间的摩擦力均可忽视，整个装置处于平衡静止状态若悬挂小滑轮的斜线OP的张力是20 N，g取10 m/s2，则下列说法中错误的是 () 图4A弹簧的弹力为10 NB重物A的质量为2 kgC桌面对B物体的摩擦力为10 NDOP与竖直方向的夹角为60答案D解析Oa与aA两线拉力的合力与OP线的张力大小相等由几何学问可知FOaFaA20 N，且OP与竖直方向夹角为30，D不正确；重物A的重力GAFaA，所以mA2kg，B正确；桌面对B的摩擦力FfFObFOacos 3010N，C正确；弹簧的弹力F弹FOasin 3010 N，故A正确7 如图5所示，质量均为m的小球A、B用两根不行伸长的轻绳连接后悬挂于O点，在外力F的作用下，小球A、B处于静止状态若要使两小球处于静止状态且悬线OA与竖直方向的夹角保持30不变，则外力F的大小 ()A可能为mgB可能为mg 图5C可能为mgD可能为mg答案BCD解析本题相当于一悬线吊一质量为2m的物体，悬线OA与竖直方向夹角为30，与悬线OA垂直时外力F最小，大小为mg，所以外力F大于或等于mg，故B、C、D正确8 如图6所示，用两根细线把A、B两小球悬挂在天花板上的同一点O，并用第三根细线连接A、B两小球，然后用某个力F作用在小球A上，使三根细线均处于直线状态，且OB细线恰好沿竖直方向，两小球均处于静止状态，则该力可能为图中的 ()AF1 BF2 CF3 DF4 图6答案BC解析由于OB线沿竖直方向，所以悬线AB张力为零(否则球B不能静止于竖直方向)，而球A在重力、细线OA的拉力和外力F的作用下处于平衡状态，所以外力F确定与球A所受重力与拉力的合力等大、方向相反9 如图7所示，轻杆BC一端用铰链固定于墙上，另一端有一小滑轮C，重物系一绳经C固定在墙上的A点，滑轮与绳的质量及摩擦均不计，若将绳一端从A点沿墙稍向上移，系统再次平衡后，则 ()A绳的拉力增大B轻杆受到的压力减小，且杆与AB的夹角变大C绳的拉力大小不变D轻杆受的压力不变 图7答案BC解析绳端从A点上移后，绳的拉力大小不变(等于重物的重力)，但AC与CD夹角变大，合力变小，轻杆受的压力变小，仍沿杆，方向为ACD的角平分线方向综上述可知，选项B、C正确，A、D错误10两物体M、m用跨过光滑定滑轮的轻绳相连，如图8所示，OA、OB与水平面的夹角分别为30、60，物体M的重力大小为20 N，M、m均处于静止状态则 ()A绳OA对M的拉力大小为10 NB绳OB对M的拉力大小为10 NCm受到水平面的静摩擦力大小为10 N 图8Dm受到水平面的静摩擦力的方向水平向左答案AD解析如图所示，对O点分析，其受到轻绳的拉力分别为FA、FB、Mg，O点处于平衡状态，则有FA10 N，FBMg10 N，物体m受到轻绳向左的拉力为10 N，向右的拉力为10 N，处于静止状态，故水平面对物体m的静摩擦力水平向左，大小为(1010) N，A、D选项正确题组3力分解方法的应用11如图9所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成30角，则每根支架中承受的压力大小为 ()A.mg B.mgC.mg D.mg 图9答案D解析由题意知，每根支架上的弹力方向均沿着支架，且F1F2F3FN，对相机受力分析如图所示把它们沿水平方向与竖直方向进行正交分解，在竖直方向上由受力平衡得3FNcos 30mg，则F1F2F3mg.12如图10所示，顶角为直角、质量为M的斜面体ABC放在粗糙的水平面上，A30，斜面体与水平面间的动摩擦因数为.现沿垂直于BC方向对斜面体施加力F，斜面体仍保持静止状态，则关于斜面体受到地面对它的支持力FN和摩擦力Ff的大小，正确的是(已 图10知重力加速度为g) ()AFNMg，Ff FBFNMgF，Ff MgCFNMgF，Ff FDFNMgF，Ff F答案C解析对斜面体受力分析如图所示，斜面体保持静止，则：Ff Fcos 30FFNMgFsin 30MgF，故C正确13某驾培中心训练场有一段圆弧形坡道如图11所示，将同一辆车先后停放在a点和b点均静止，下述分析和比较正确的是()A车在a点受坡道的支持力大于在b点受的支持力 图11B车在a点受坡道的摩擦力大于在b点受的摩擦力C车在a点受到的合外力大于在b点受的合外力D车在a点受到重力的下滑分力大于在b点受到重力的下滑分力答案A解析把a、b点均看做斜面，与水平面的夹角为，则abFTAC，即当重力G增加时，FTBC先达到100N因此重力G的极限值就等于FTBC100 N时所对应的FT的数值，由几何关系得：FT N所以重物的重力G不能超过 N.15如图13所示，两滑块放在光滑的水平面上，中间用一细线相连，轻杆OA、OB搁在滑块上，且可绕铰链O自由转动，两杆长度相等，夹角为，当竖直向下的力F作用在铰链上时，滑块间细线的张力为多大？ 图13答案tan 解析把竖直向下的力F沿两杆OA、OB方向分解，如图甲所示，可求出作用于滑块上斜向下的力为：F1F2斜向下的压力F1将产生两个效果：竖直向下压滑块的力F1和沿水平方向推滑块的力F1，因此，将F1沿竖直方向和水平方向分解，如图乙所示，考虑到滑块不受摩擦力，细线上的张力等于F1在水平方向上的分力F1，即：F1F1cos F1sin 解得：F1tan