2020-2021学年高中物理(沪科版)必修一学案：第4章-学案3-怎样分解力.docx

学案3怎样分解力学习目标定位1.知道什么是力的分解，知道力的分解同样遵守平行四边形定则.2.理解力的分解原则，会正确分解一个力，并会用作图法和计算法求分力.3.会用正交分解法求合力一、力的分解1分解法则：力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循力的平行四边形定则2分解的依据：对一个已知力的分解必需依据力的实际作用效果获得，关于分力的一些信息(例如分力方向或分力大小等)，再依据平行四边形定则求出分力二、正交分解法把一个力分解成相互垂直的两个分力，称为正交分解法.一、力的分解问题设计1王昊同学假期里去旅游，他正拖着行李箱去检票，如图1所示王昊对箱子有一个斜向上的拉力，这个力对箱子产生了什么效果？图1答案王昊对箱子斜向上的拉力产生了两个效果：水平方向使箱子前进，竖直方向将箱子向上提起2假如王昊斜向上拉箱子的力已知，这个力的两个分力大小是唯一的吗？如何求这两个分力的大小？答案是唯一的，用平行四边形定则来求解3假如没有限制，一个力可以分解为多少对不同的力？答案很多对要点提炼1力的分解的运算法则：平行四边形定则2力的分解的争辩(1)假如没有限制，一个力可分解为很多对大小、方向不同的分力(2)有限制条件的力的分解已知合力和两个分力的方向时，有唯一解(如图2所示)图2已知合力和一个分力的大小和方向时，有唯一解(如图3所示)图3(3)已知合力F以及一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小时，若F与F1的夹角为，有下面几种可能：图4当Fsin F2F时，有两解，如图4甲所示当F2Fsin 时，有唯一解，如图乙所示当F2F时，有唯一解，如图丁所示二、力的分解方法问题设计1.用铅笔、细线把一个钩码按图5所示的方式悬挂起来图5(1)细线的拉力产生了哪些作用效果？(2)依据细线拉力的作用效果作出拉力的两个分力，并求出两分力的大小答案(1)细线的拉力产生了两个作用效果：竖直向上的力和水平向手的力(2)力的分解如图所示：F1Fsin ，F2Fcos .2如图6甲所示，在一个直角木支架上，用塑料垫板做斜面将一用橡皮筋拉着的小车放在斜面上(如图乙)，观看塑料垫板和橡皮筋的形变图6(1)小车重力对斜面和橡皮筋产生了哪些作用效果？假如没有小车重力的作用，还会有这些作用效果吗？(2)请沿斜面方向和垂直于斜面方向将重力分解答案(1)斜面上小车重力产生了两个效果：一是使小车压紧斜面，二是使小车沿斜面下滑，拉伸橡皮筋；不会(2)重力的分解如图所示要点提炼1力的效果分解法(1)依据力的实际作用效果确定两个分力的方向(2)依据两个分力的方向作出力的平行四边形(3)利用数学学问解三角形，分析、计算分力的大小2正交分解法(1)正交分解的目的：当物体受到多个力作用，并且这几个力只共面不共线时，其合力用平行四边形定则求解很不便利，为此先将各力正交分解，然后再合成(2)正交分解法求合力建立坐标系：以共点力的作用点为坐标原点建立直角坐标系，直角坐标系x轴和y轴的选择应使尽量多的力在坐标轴上图7正交分解各力，即将每一个不在坐标轴上的力分解到x轴和y轴上，并求出各分力的大小，如图7所示分别求出x轴、y轴上各分力的矢量和，即：FxF1xF2xF3xFyF1yF2yF3y求共点力的合力：合力大小F，合力的方向与x轴的夹角为，则tan .一、按力的作用效果分解例1如图8所示，轻杆与柱子之间用铰链连接，杆的末端吊着一个重为30 N的物体，轻绳与水平轻杆之间的夹角为30，求轻绳和杆各受多大的力？图8解析重物对O点的拉力FG，产生两个作用效果：一个是沿绳方向拉轻绳，一个是沿杆方向压杆(因轻杆处于静止时杆所受的弹力确定沿着杆，否则会引起杆的转动)作平行四边形如图所示，由几何关系解得F160 NF252 N答案60 N52 N二、有限制条件的力的分解例2按下列两种状况把一个竖直向下的180 N的力分解为两个分力图9(1)一个分力在水平方向上，并等于240 N，求另一个分力的大小和方向(2)一个分力在水平方向上，另一个分力与竖直方向的夹角为30斜向下(如图9所示)，求两个分力的大小解析(1)力的分解如图所示F2300 N设F2与F的夹角为，则tan ，解得53(2)力的分解如图所示F1Ftan 30180 N60 NF2 N120 N答案(1)300 N与竖直方向夹角为53(2)水平方向分力的大小为60 N，斜向下的分力的大小为120 N三、正交分解法例3如图10所示，力F1、F2、F3、F4是在同一平面内的共点力，其中F120 N、F220 N、F320 N、F420 N，各力之间的夹角在图中已标出，求这四个共点力的合力大小和方向图10解析以F2方向为x轴的正方向建立直角坐标系xOy，如图所示，则将F1、F3、F4向两坐标轴上分解得F1xF1cos 6020 N10 N，F1yF1sin 6020 N10 N；F3xF3cos 4520 N20 N，F3yF3cos 4520 N20 N，F4xF4cos 6020 N30 N，F4yF4cos 6020 N10 N.四个力在x轴上的合力为FxF1xF2F3xF4x20 N，在y轴上的合力为FyF1yF3yF4y20 N，四个力的合力F20 N.合力方向与F3方向全都答案20 N，与F3方向全都1力的分解：已知一个力求它的分力的过程力的分解遵循平行四边形定则2力的分解有唯一解的条件(1)已知两个分力的方向(2)已知一个分力的大小和方向3力的分解方法(1)按力的实际作用效果分解(2)正交分解法求合力以共点力的作用点为原点建立直角坐标系(让尽量多的力在坐标轴上)，把不在坐标轴上的力分解到x轴、y轴上，然后分别求出x轴和y轴上的合力Fx和Fy，则共点力的合力大小F，合力方向与x轴夹角为，tan .4矢量相加的法则平行四边形定则、三角形定则.1(按力的作用效果分解)在图11中，AB、AC两光滑斜面相互垂直，AC与水平面成30.假如把球O的重力G依据其作用效果分解，则两个分力的大小分别为()图11A.G，GB.G，GC.G，G D.G，G答案A解析对球所受重力进行分解如图所示，由几何关系得F1Gsin 60G，F2Gsin 30G，A正确2.(有限制条件的力的分解)如图12所示，一物体受到两个力作用，其中F11 000 N，且与OO方向夹角为30 ，若要使两个力的合力沿OO方向，则F2的最小值为()图12A500 N B500 NC1 000 N D400 N答案B解析如图所示，作平行四边形可知，当F2的方向垂直于OO时F2有最小值，最小值为F2F1sin 301 000 N500 N，故B正确题组一对力的分解的理解1若将一个力F分解为两个力F1、F2，则下列说法正确的是()AF是物体实际受到的力BF1、F2不是物体实际受到的力C物体同时受到F、F1、F2三个力的作用DF1、F2共同作用的效果与F相同答案ABD2把一个力分解为两个力时()A一个分力变大时，另一个分力确定要变小B两个分力不能同时变大C无论如何分解，两个分力不能同时小于这个力的一半D无论如何分解，两个分力不能同时大于这个力的2倍答案C解析设把一个力F分解为F1、F2两个分力，当F1、F2在一条直线上且方向相反时，则有F|F1F2|，当F1变大时，F2也变大，A、B错F1、F2可以同时大于F的2倍，D错当将F沿一条直线分解为两个方向相同的力F1、F2时，则有FF1F2，可知F1、F2不行能同时小于F，C对3下列说法中正确的是()A一个2 N的力能分解为7 N和4 N的两个分力B一个2 N的力能分解为7 N和9 N的两个分力C一个6 N的力能分解为3 N和4 N的两个分力D一个8 N的力能分解为4 N和3 N的两个分力答案BC题组二有限制条件的力的分解4下列说法正确的是()A已知合力大小、方向，则其分力必为确定值B已知合力大小、方向和一个分力的大小、方向，则另一个分力必为确定值C分力数目确定后，若已知各分力大小、方向，可依据平行四边形定则求出总的合力D若合力为确定值，两分力方向已知，依据平行四边形定则确定可以求出这两个分力的大小答案BCD解析已知合力大小、方向，其分力有很多组，A错若已知合力大小、方向和一个分力的大小、方向，则依据平行四边形定则，另一分力为确定值，B对若分力确定后，可依据平行四边形定则，求出总的合力，C对合力为确定值，两分力的方向已知，则两分力是唯一的5将一个有确定方向的力F10 N分解成两个分力，已知一个分力有确定的方向，与F成30夹角，另一个分力的大小为6 N，则在分解时()A有很多组解B有两组解C有唯一解 D无解答案B解析由三角形定则作图如图所示，由几何学问知另一分力的最小值F2Fsin 3010 N5 N，而题中分力的大小为6 N，大于最小值5 N，小于F10 N，所以有两组解题组三按力的作用效果分解6如图1为某同学设计的一个小试验他将细绳的一端系在手指上(B处)，绳的另一端系在直杆的A端，杆的另一端C顶在掌心上，组成一个“三角支架”在杆的A端悬挂不同重物，并保持静止通过试验会感受到()图1A绳子是被拉伸的，杆是被压缩的B杆对手掌施加作用力的方向沿杆由C指向AC绳对手指施加作用力的方向沿绳由B指向AD所挂重物质量越大，绳和杆对手的作用力也越大答案ACD解析重物重力的作用效果，一方面拉紧绳，另一方面使杆压紧手掌，所以重力可以分解为沿绳方向的力F1和垂直于掌心方向的力F2，如图所示由几何学问得F1，F2Gtan ，若所挂重物质量变大，则F1、F2都变大，选项A、C、D正确7如图2所示，将绳子的一端系在汽车上，另一端系在等高的树干上，两端点间绳长为10 m用300 N的拉力把水平绳子的中点往下拉离原位置0.5 m，不考虑绳子的重力和绳子的伸长量，则绳子作用在汽车上的力的大小为()图2A1 500 N B6 000 NC300 N D1 500 N答案A解析拉力F产生两个效果(如图所示)，由题意可知绳子与水平方向的夹角正弦值为sin 0.1，所以绳子的作用力为F绳1 500 N，A项正确，B、C、D项错误8如图3所示，三段不行伸长的细绳，OA、OB、OC能承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，其中OB是水平的，A端、B端固定在水平天花板上和竖直墙上若渐渐增加C端所挂重物的质量，则最先断的绳是()图3A必定是OA B必定是OBC必定是OC D可能是OB，也可能是OC答案A解析OC下悬挂重物，它对O点的拉力等于重物的重力G.OC绳的拉力产生两个效果：使OB在O点受到水平向左的力F1，使OA在O点受到沿绳子方向斜向下的力F2，F1、F2是G的两个分力由平行四边形定则可作出力的分解图如图所示，当渐渐增大所挂物体的质量时，哪根绳受的拉力最大则哪根最先断从图中可知：表示F2的有向线段最长，F2分力最大，故OA绳最先断题组四力的正交分解9如图4所示，质量为m的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为，斜面的倾角为30，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为()图4A.mg和mgB.mg和mgC.mg和mgD.mg和mg答案A解析依据三棱柱重力mg的作用效果，可分解为沿斜面对下的分力F1和使三棱柱压紧斜面的力F2，依据几何关系得F1mgsin 30mg，F2mgcos 30mg，由于F1与三棱柱所受静摩擦力大小相等，F2与斜面对三棱柱的支持力大小相等，因此，可知选项A正确10.如图5所示，把光滑斜面上的物体所受重力mg分解为F1、F2两个力图中N为斜面对物体的支持力，则下列说法正确的是()图5AF1是斜面作用在物体上使物体下滑的力B物体受到mg、N、F1、F2共四个力的作用CF2是物体对斜面的压力D力N、F1、F2这三个力的作用效果与mg、N这两个力的作用效果相同答案D解析F1是重力沿斜面对下的分力，其作用效果是使物体沿斜面下滑，但施力物体不是斜面，故选项A错误物体受力重力mg和支持力N两个力的作用，F1、F2是重力的分力，故选项B错误；F2是重力沿垂直于斜面方向的分力，其作用效果是使物体压紧斜面，F2的大小等于物体对斜面的压力，但两者的受力物体不同，F2的受力物体是物体，物体对斜面的压力的受力物体是斜面，故选项C错误合力与分力的作用效果相同，故选项D正确