约4210字。
力的合成问题探究
二. 学习目标:
1、掌握合力和分力的关系。
2、重点掌握在不同的物理情景中求解合力的一般方法。
3、掌握力的合成问题中与图形、极值相联系问题的处理方法。
高考地位:二力合成问题是高中力学内容的基础,是处理和解决高中力学问题的重要工具,从近几年的高考出题的形式上来看,可以单独考查知识点,通常是采用数形结合的方法,体现对平行四边形三角形中的边、角、最大值最小值的分析,同时更多的题目则体现了与物体的平衡问题、牛顿第二定律的应用问题、动量能量、场类问题的综合考查,如2005年江苏卷第17题、2004年广东卷第7题、2003年全国卷第15题都突出了对于该类问题的考查。
三. 重难点解析:
1. 合力与分力的概念
一个力(F),如果它产生的效果跟两个力(F1、F2)共同产生的效果相同,这个力(F)就叫做那两个力(F1、F2)的合力,则F1、F2就叫F的两个分力。
合力与分力之间的关系是一种等效替代的关系。一个力可以有多个分力,即一个力的作用效果可以与多个力的作用效果相同,反过来想,多个力的作用效果可由一个力替代。
2. 力的合成
求几个已知力的合力叫力的合成。力的合成就是找一个力去替代几个已知的力,而不改变其作用效果。
3. 共点力
几个力如果都作用在物体的同一点,或者它们的作用线相交于同一点,这几个力叫做共点力。
4. 共点力的合成法则——平行四边形定则
(1)力的合成法则:以表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两边夹角的对角线大小和方向就表示合力的大小和方向。如图甲所示。力的平行四边形定则,也可以用力的矢量三角形表示,图甲可用图乙的力的三角形法表示,即将待合成的力,按原来力的方向“首”“尾”相接,合力即起于一个力的“首”,止于另一个力的“尾”的有向线段。力的多边形法则:若是物体受到的几个力的合力为零,那么这几个力按照力的图示首尾相接,可以组成一个封闭的矢量多边形。
如三个共点力,若是合力为零,则组成如图所示的一个封闭的矢量三角形。
(2)实际问题中求合力有两种方法:
①图解法——从力的作用点起,依两个分力的作用方向按同一标度作出两个分力F1、F2,并构成一个平行四边形,这个平行四边形的对角线的长度按同样比例表示合力的大小,对角线的方向就是合力的方向,通常可用量角器直接量出合力F与某一个力(如F1)的夹角 ,如图所示。
②计算法——从力的作用点按照分力的作用方向画出力的平行四边形后,算出对角线所表示的合力的大小。
5. 矢量和标量
既要由大小、又要由方向来确定的物理量叫矢量,其合成方法遵循平行四边形定则。只有大小没有方向的物理量叫标量,其合成用代数求和法。力是矢量,以前学过的速度也是矢量,而温度、质量等则是标量。
6. 应注意的两个问题
(1)共点力的合成必须遵循同物性和同时性。“同物性”指待合成的诸力是作用在同一物体上的力。“同时性”指待合成的诸力是同时出现的力。
(2)判断合力的最小值的一条有用法则:共点的三个力,如果任意两个力的合力最小值小于或等于第三个力,那么这三个共点力的合力可能等于零。
7. 力F1和F2的合力F的大小和方向,随F1和F2之间的夹角 的变化而变化
(1)当 ,即F1和F2同向,此时合力最大, ,方向与两个力的方向相同。
(2)当 时,即F1和F2的方向相反,此时的合力最小, ,方向跟两个力中较大的那个力的方向相同。
(3)当 时,即F1和F2互相垂直,如图所示,由直角三角形的知识得合力 ,
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