力的受力分析(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3课时 受力分析 力的合成与分解,考点自清,一、受力分析,概念,把研究对象在指定的物理环境中受到的,所有力都分析出来，并画出物体所受的,力的,，这个过程就是受力分析,受力分,析一般,顺序,一般先分析场力（重力、电场力、磁场,力）；然后分析弹力，环绕物体一周，,找出跟研究对象接触的物体，并逐个分,析这些物体对研究对象是否有弹力作用；,最后分析摩擦力，对凡有弹力作用的地,方逐一进行分析,示意图,1,特别提示,受力分析是高中物理的基础，它贯穿于力学、电,磁学等各部分.正确地对研究对象进行受力分析是,解决问题的关键.若受力分析出错，则“满盘皆输”.,受力分析单独考查的也有，但更多的是结合其他,知识解决综合性问题.,受力分,析的重,要依据,寻找对它的,物体；,寻找产生的原因；,寻找是否改变,（即,是否产生加速度）或改变,施力,物体的运动状态,物体的形状,2,二、力的合成,1.合力与分力,(1)定义：当一个物体受到几个力的共同作用时,我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效,果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫做,那几个力的,，原来的几个力叫做,.,(2)逻辑关系：合力和分力是一种,关系.,2.共点力：作用在物体的,，或作用线的,交于一点的力.,3.力的合成：求几个力的,的过程.,合力,分力,等效替代,同一点,延长,线,合力,3,4.力的运算法则：,(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线段为邻边作,，这两个邻边之间的对角线就表示合,力的,和,.,(2)三角形定则：把两个矢量,从而求出,合矢量的方法（如图1所示）.,共点力,平,行四边形,方向,首尾相接,大小,图1,4,名师点拨,1.合力不一定大于分力.,2.合力与它的分力是力的效果上的一种等效替代,关系.,三、力的分解,1.概念：求一个力的,的过程.,2.遵循原则：,定则或,定则.,3.分解的方法：,（1）按力产生的,进行分解.,（2）,分解.,分力,平等四边形,三角形,正交,效果,5,热点聚焦,热点一 受力分析常用的方法及步骤,1.整体法与隔离法,整体法,隔离法,概念,将加速度相同的几个,物体作为一个整体来,分析的方法,将研究对象与周,围物体分隔开分,析的方法,选用,原则,研究系统外的物体对,系统整体的作用力或,系统整体的加速度,研究系统内物体,之间的相互作用,力,注意,问题,受力分析时不要再考,虑系统内物体间的相,互作用力,一般隔离受力较,少的物体,6,2.假设法,在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可,先对其作出存在或不存在的情况假设，然后再,就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来,判断该力是否存在.,特别提示,整体法、隔离法在受力分析时要灵活选用：,(1)当所涉及的物理问题是整体与外界作用时，,应用整体分析法，可使问题简单明了，而不必,考虑内力的作用.,(2)当涉及的物理问题是物体间的作用时，要应,用隔离分析法，这时系统中物体间相互作用的,内力就会变为各个独立物体的外力.,7,3.受力分析的步骤,8,特别提示,1.受力分析时，有些力的大小和方向不能准确确,定下来，必须根据物体受到的能够确定的几个力,的情况和物体的运动状态判断出未确定的力的情,况，要确保受力分析时不漏力、不添力、不错力.,2.对于分析出的物体受到的每一个力都应找出其,施力物体，不能无中生有，例如，物体做离心运,动时，有可能会错把“离心力”当作物体受的力.,3.合力和分力不能重复考虑，“性质力”与“效果力”,不能重复考虑.,9,热点二 共点力合成的方法及合力范围的确定,1.共点力合成的常用方法,(1)作图法,从力的作用点沿两个分力的作用方向按同一标,度作出两个分力,F,1,、,F,2,，以这两个力为邻边作一,个平行四边形，这两个力所夹对角线表示这两个,力的合力.通常可分别用刻度尺和量角器直接量出,合力的大小和方向.,10,(2)解析法,根据力的平行四边形定则作出力的合成的图示，,如图2所示.,图2,它与,F,2,的夹角为,.,以下是合力计算的几种特殊情况：,11,相互垂直的两个力的合成，如图3所示.,由几何知识可知合力大小为,方向,图4,图5,图3,12,夹角为,的大小相同的两个力的合成，如图4所示.,由几何知识，作出的平行四边形为菱形，其对角线,相互垂直且平分，则合力大小 方向与,F,1,夹角为,夹角为120的两等大的力的合成，如图5所示.,由几何知识得出对角线将画出的平行四边形分为两,个等边三角形，故合力的大小与分力相等.,13,2.合力范围的确定,(1)两个共点力的合成,F,1,-,F,2,F,合,F,1,+,F,2,即两个力大小不变时,其合力随夹角的增大而减,小,当两力反向时,合力最小,为,F,1,-,F,2,当两,力同向时,合力最大,为,F,1,+,F,2,.,(2)三个共点力的合成,三个力共线且同向时,其合力最大,为,F,1,+,F,2,+,F,3,.,任取两个力,求出其合力的范围,如果第三个力,在这个范围之内,则三个力的合力的最小值为零,如果第三个力不在这个范围内,则合力的最小值,为最大的一个力减去另外两个较小的力的和的绝,对值.,14,特别提示,1.合成力时,要注意正确理解合力与分力的关系.,(1)效果关系:合力的作用效果与各分力共同的作,用效果相同,它们具有等效替代性.,(2)大小关系:合力与分力谁大要视情况而定,不能,形成合力总大于分力的定势思维.,2.三个共点力合成时,其合力的最小值不一定等于,两个较小力的和减去第三个较大的力.,15,热点三 力的分解的两种方法,1.按力的效果分解,(1)根据力的实际作用效果确定两个实际分力的,方向;,(2)再根据两个实际分力方向画出平行四边形;,(3)最后由平行四边形知识求出两分力的大小.,如图6所示,物体的重力,G,按产生的效果分解为两,个分力,F,1,使物体下滑,F,2,使物体压向斜面.,图6,16,2.正交分解法,(1)定义:把一个力分解为相互垂直的分力的方法.,(2)优点:把物体所受的不同方向的各个力都分解,到相互垂直的两个方向上去,然后再求每个方向上,的分力的代数和,这样就把复杂的矢量运算转化成,了简单的代数运算,最后再求两个互成90角的力,的合力就简便多了.,(3)运用正交分解法解题的步骤,正确选择直角坐标系,通常选择共点力的作用点,为坐标原点,直角坐标,x,、,y,的选择可按下列原则去,确定:,(a)尽可能使更多的力落在坐标轴上.,17,(b)沿物体运动方向或加速度方向设置一个坐标轴.,(c)若各种设置效果一样,则沿水平方向、竖直方向,设置两坐标轴.,正交分解各力,即分别将各力投影到坐标轴上,分别求,x,轴和,y,轴上各力投影的合力,F,x,和,F,y,其中,F,x,=,F,1,x,+,F,2,x,+,F,3,x,+;,F,y,=,F,1,y,+,F,2,y,+,F,3,y,+,求,F,x,与,F,y,的合力即为共点力的合力(如图7所示),图7,18,合力大小:,合力的方向与,x,轴夹角:,=arctan,特别提示,1.使用正交分解法时,坐标轴的建立非常关键,一,般情况下,应使尽可能多的力“落”在坐标轴上,或关于坐标轴对称.,2.在实际问题中进行力的分解时，有实际意义的,分解方法是按力的实际效果进行分解，其他的,分解方法都是为了解题方便而利用的.,19,题型探究,题型1 物体的受力分析,如图8所示，物体,A,靠在竖直墙面上，,在力,F,作用下，,A,、,B,保持静止.物体,B,的受,力个数为（）,A.2 B.3 C.4 D.5,求解此题应把握以下三点：,(1)整体法分析,A,不受墙壁弹力.,(2)隔离,A,分析,A,的受力.,(3)隔离,B,分析,B,的受力.,图8,思路点拨,20,解析,以,A,为研究对象,受力情况如图甲所示,此时,墙对物体,A,没有支持力（此结论也可利用整体法得,出）,再以,B,为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情,况如图乙所示，即要保持物体,B,平衡，,B,应受到重,力、压力、摩擦力、力,F,四个力的作用.,答案,C,21,方法提炼,受力分析的基本思路,22,变式练习1,如图9所示，物体,A,靠在倾,斜的墙面上，在与墙面和,B,垂直的力,F,作,用下,A,、,B,保持静止,试分析,A,、,B,两物,体受力的个数.,解析,先取,B,为研究对象,把,A,看作墙的一部分,受,力如下图所示.,图9,23,若只受,G,B,和,F,B,物体不能静止,因此,A,对,B,有沿接触,面向上的静摩擦力,f,1,受,f,1,则一定有,A,对,B,的弹力,N,B,受4个力作用.,取,AB,整体为研究对象,同理可得墙对,A,有沿墙面向上,的静摩擦力,f,2,和墙的弹力,N,A,;由牛顿第三定律知,A,还受,B,的斜向下的静摩擦力,f,1,和垂直接触面向上,的弹力,N,还有自身的重力,G,A,共5个力.,答案,A,受5个力,B,受4个力,24,题型2 按力的作用效果分解,如图10所示，,=30,装置的重力和摩擦,力均不计，若用,F,=100 N的水平推力使滑块,B,保,持静止，则工件上受到的向上的弹力多大？,图10,25,思路点拨,根据力的实际效果分解力的思维路线：,解析,对,B,受力分析如图甲得：,F,2,sin,=,F,对装置上部分受力分析如图乙，其中,N,为工件对,装置的压力.得：,N,=,F,2,cos,26,又,F,2,与,F,2,为作用力与反作用力，故,F,2,=,F,2,可得：,由牛顿第三定律得：,工件受到的向上的弹力为100 N.,答案,方法提炼,按力的作用效果分解力时，关键是弄清力的作用,效果，从而确定两个分力的方向，再根据平行四,边形定则作出力的分解图，然后由数学知识求出,分力.,27,变式练习2,如图11所示为一曲柄压榨机,的示意图，其中,O,为固定铰链，杆,OA,与,AB,等长.在压榨机铰链,A,处作用的水平力为,F,，,OB,是铅垂线.如果杆和活塞的重力忽略不,计，在已知角,的情况下，求活塞作用在,作物体,M,上的压力.,图11,28,解析,力,F,分解为沿杆,OA,、,AB,的力,F,OA,、,F,AB,，如图,所示，则 力,F,AB,分解为水平和竖直两个,方向的分力，则所求即竖直分力,答案,29,题型3 力的合成法在平衡问题中的应用,如图12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.只将病人的脚向右移动,D.只将两定滑轮的间距增大,图12,30,解析,取动滑轮为研究对象,受力分,析如右图所示,F,1,、,F,2,为绳子的拉力,F,为帆布带的拉力.动滑轮静止时,所,受合外力为零,即,F,1,与,F,2,合力与,F,等大反向.,只要,F,1,、,F,2,的合力增大,F,就增大.当绳的长度增加,时,绳的拉力及绳间的夹角不变,合力不变,A错;当,增加重物质量时,绳拉力增大,夹角不变,合力增大,B对;病人的脚右移时,绳间的夹角增大,合力减小,C错;定滑轮间距增大时,夹角增大,合力减小,D错.,答案,B,31,规律总结,1.物体在三个共点力作用下平衡时,任意两个力的,合力与第三个力等大反向.,2.当两个力之间的夹角减小时,合力增大;夹角增,大时,合力减小.,32,变式练习3,如图13所示,ACB,是一光,滑的、足够长的、固定在竖直平面内,的“”形框架,其中,CA,、,CB,边与竖,直方向的夹角均为,.,P,、,Q,两个轻质小,环分别套在,CA,、,CB,上,两根细绳的一,端分别系在,P,、,Q,环上,另一端和一绳套系在一起,结,点为,O,.将质量为,m,的钩码挂在绳套上,OP,、,OQ,两根,细绳拉直后的长度分别用,l,1,、,l,2,表示,受到的拉力分别,用,F,1,和,F,2,表示,则 (),A.若,l,1,=,l,2,则两绳受到的拉力,F,1,F,2,C.若,l,1,l,2,则两绳受到的拉力,F,1,l,2,则两绳受到的拉力,F,1,=,F,2,图13,33,解析,当物体达到平衡状态时,绳拉力的方向与框,架垂直.受力分析如下图所示,OP,、,OQ,与竖直方向,的夹角都为,因此不管两绳长度如何,拉力都相等.,答案,D,34,素能提升,1.两倾斜的滑杆上分别套有,A,、,B,两个圆环，两圆环上分别用细,线悬吊着一个物体，如图14所示.,当它们都沿滑杆向下滑动时，,A,的悬线与滑杆垂直，,B,的悬线竖直向下,则(),A.,A,圆环与滑杆有摩擦力,B.,B,圆环与滑杆无摩擦力,C.,A,圆环做的是匀速运动,D.,B,圆环做的是匀速运动,图14,35,解析,由于,A,圆环与物体的连线与滑杆垂直，对物,体研究，将物体的重力沿滑杆的方向和垂直于滑杆,的方向分解，则沿滑杆向下的分力产生的加速度为,g,sin,对整体研究，整体沿滑杆向下运动，整体,要有沿滑杆向下的加速度必须是,A,圆环与滑杆的摩,擦力为零，A错误；对,B,圆环连接的物体研究，由于,连接圆环与物体的绳竖直向下，物体受到的合力如,果不为零，合力必定沿竖直方向，合力在垂直于滑,杆的方向上的分力必产生加速度，这与题意矛盾，,物体在垂直于滑杆的方向上速度为零，因此物体受,到的合力必为零，物体和圆环一起做匀速运动.D正,确.,答案,D,36,2.有两个互成角度的共点力夹角为,，,它们的合力,F,随,变化的关系如图,15所示，那么这两个力的大小分别,是（）,A.1 N和6 N,B.2 N和5 N,C.3 N和4 N,D.3.5 N和3.5 N,解析,设两分力分别为,F,1,、,F,2,，由图知,F,1,+,F,2,=,7 N，|,F,1,-,F,2,|=1 N.解得,F,1,=4 N，,F,2,=3 N，故选,C.,图15,C,37,3.如图所示,F,1,、,F,2,、,F,3,恰好构成封闭的直角三角形(顶,角为直角).下列四个图中,这三个力的合力最大的是,(),解析,A,选项中把,F,2,平移到,F,1,和,F,3,的箭尾处,F,2,和,F,3,构成的平行四边形的对角线正好和,F,1,重合,即合力的,大小为,F,1,方向与,F,1,同向,则,F,1,、,F,2,、,F,3,三个力的合,力为2,F,3,；同样的方法，B选项中把,F,3,平移，可以求,得合力为零;C选项中把,F,3,平移,可以求得合力为2,F,1,;,D选项中把,F,1,平移,可以求得合力为2,F,2,又因为图中,的线段的长短表示力的大小,所以位于斜边上的,F,1,最大.,C,38,4.一物体受到三个共面共点力,F,1,、,F,2,、,F,3,的作用，三,力的矢量关系如图16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,F,1,+,F,2,+,F,3,，方向不确定,B.三力的合力有惟一值3,F,3,，方向与,F,3,同向,C.三力的合力有惟一值2,F,3,，方向与,F,3,同向,D.由题给条件无法求出合力大小,图16,39,解析,根据三力的图示，知,F,1,、,F,2,在竖直方向分力,的大小均为3个单位，方向相反，在水平方向的分,力分别为6个单位和2个单位，方向与,F,3,方向相同.,根据用正交分解法求合力的思想知，3个力的合力,为12个单位，与,F,3,的方向相同，大小是,F,3,的3倍，,即,F,合,=3,F,3,.选项B正确.,答案,B,40,5.如图17所示,人由曲膝下蹲时,膝,关节弯曲的角度为,设此时大、,小腿部的肌群对膝关节的作用力,F,的方向水平向后,且大腿骨、小,腿骨对膝关节的作用力大致相等,那么脚掌所受地面竖直向上的弹力约为(),A.B.,C.D.,图17,D,41,6.在倾角为,的斜面上,一条质量不计,的皮带一端固定在斜面上端,另一端,绕过一中间有一圈凹槽的圆柱体,并,用与斜面夹角为,的力拉住,使整个,装置处于静止状态,如图19所示.不计,一切摩擦,圆柱体质量为,m,求拉力,F,的大小和斜面对圆,柱体的弹力,N,的大小.,某同学分析过程如下:,将拉力,F,沿斜面和垂直于斜面方向进行分解.,沿斜面方向:,F,cos,=,mg,sin,沿垂直于斜面方向:,F,sin,+,N,=,mg,cos,问:你同意上述分析过程吗?若同意,按照这种分析,方法求出,F,及,N,的大小;若不同意,指明错误之处并,求出你认为正确的结果.,图18,42,解析,不同意.平行于斜面的皮带对圆柱体也有力,的作用,其受力如图所示.,式应改为:,F,cos,+,F,=,mg,sin,由得 ,将代入,解得,N,=,mg,cos,-,F,sin,=,mg,cos,-,mg,sin,答案,见解析,43,7.如图19所示,在轻质细线的下端,悬挂一个质量为,m,的物体,若用力,F,拉物体,使细线偏离竖直方向的夹,角为,且始终保持,角不变,求拉,力,F,的最小值.,解析,以物体为研究对象,始终保持,角不变,说明,处于静止状态.物体受到的细线的张力,T,与拉力,F,的,合力,F,与物体的重力等大反向.,由于细线的张力,T,和合力,F,的方向,均不变,根据各力的特点可组成矢量,三角形如右图所示,由图解可以看出,图19,44,当,F,垂直于力,T,时,F,有最小值,F,min,=,F,sin,因,F,=,mg,故,F,min,=,mg,sin,.,答案,mg,sin,45,反思总结,返回,46,