约5100字。
第一部分力&物体的平衡
第一讲力的处理
一、矢量的运算
1、加法
表达:+=。
名词:为“和矢量”。
法则:平行四边形法则。如图1所示。
和矢量大小:c=,其中α为和的夹角。
和矢量方向:在、之间,和夹角β=arcsin
2、减法
表达:=-。
名词:为“被减数矢量”,为“减数矢量”,为“差矢量”。
法则:三角形法则。如图2所示。将被减数矢量和减数矢量的起始端平移到一点,然后连接两时量末端,指向被减数时量的时量,即是差矢量。
差矢量大小:a=,其中θ为和的夹角。
差矢量的方向可以用正弦定理求得。
一条直线上的矢量运算是平行四边形和三角形法则的特例。
例题:已知质点做匀速率圆周运动,半径为R,周期为T,求它在T内和在T内的平均加速度大小。
解说:如图3所示,A到B点对应T的过程,A到C点对应T的过程。这三点的速度矢量分别设为、和。
根据加速度的定义=得:=,=
由于有两处涉及矢量减法,设两个差矢量=-,=-,根据三角形法则,它们在图3中的大小、方向已绘出(的“三角形”已被拉伸成一条直线)。
本题只关心各矢量的大小,显然:
===,且:==,=2=
所以:===,===。
(学生活动)观察与思考:这两个加速度是否相等,匀速率圆周运动是不是匀变速运动?
答:否;不是。
3、乘法
矢量的乘法有两种:叉乘和点乘,和代数的乘法有着质的不同。
⑴叉乘
表达:×=
名词:称“矢量的叉积”,它是一个新的矢量。
叉积的大小:c=absinα,其中α为和的夹角。意义:的大小对应由和作成的平行四边形的面积。
叉积的方向:垂直和确定的平面,并由右手螺旋定则确定方向,如图4所示。
显然,×≠×,但有:×=-×
⑵点乘
表达:·=c
名词:c称“矢量的点积”,它不再是一个矢量,而是一个标量。
点积的大小:c=abcosα,其中α为和的夹角。
二、共点力的合成
1、平行四边形法则与矢量表达式
2、一般平行四边形的合力与分力的求法
余弦定理(或分割成RtΔ)解合力的大小
正弦定理解方向
三、力的分解
1、按效果分解
2、按需要——正交分解
第二讲物体的平衡
一、共点力平衡
1、特征:质心无加速度。
2、条件:Σ=0,或=0,=0
例题:如图5所示,长为L、粗细不均匀的横杆被两根轻绳水平悬挂,绳子与水平方向的夹角在图上已标示,求横杆的重心位置。
解说:直接用三力共点的知识解题,几何关系比较简单。
答案:距棒的左端L/4处。
(学生活动)思考:放在斜面上的均质长方体,按实际情况分析受力,斜面的支持力会通过长方体的重心吗?
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