力的合成分解典型例题
例题1、如图,一物块静止在倾角为37°的斜面上,物块的重力为20N,请分析物块受力并求其大小. 分析:物块受竖直向下的重力
,斜面给物块的垂直斜面向上的支持力
.
,斜面给物块的沿斜面向上的静摩擦力
解:
1、方法1——用合成法 (1)合成支持力
和静摩擦力
,其合力的方向竖直向上,大小与物和支持力
,其合力的方向沿斜面向的大小相等;
和重力
,其合力的的大小相
块重力大小相等; (2)合成重力
下,大小与斜面给物块的沿斜面向上的静摩擦力
(3)合成斜面给物块的沿斜面向上的静摩擦力
方向垂直斜面向下,大小与斜面给物块的垂直斜面向上的支持力 等.
合成法的讲解要注意合力的方向的确定是唯一的,这有共点力平衡条件决定。
2、方法2——用分解法
理论上物块受的每一个力都可分解,但实际解题时要根据实际受力情况来确定分解哪个力(被确定分解的力所分解的力大小方向要明确简单易于计算),本题正交分解物块所受的重力 较为简便.
,利用平衡条件
1
, ,列方程
例题2的拓展1: 一物块静止在倾角为 的斜面上,物块的重力为 ,请分析物块受力并分析当倾角 慢慢减小到零的过程其大小的变化情况. 解:依题意 用分解法将物块受的重力
正交分解,利用
,
的大小为
的平衡条件,得斜面给物块的垂直斜面向上的支持力 ,
斜面给物块的沿斜面向上的静摩擦力
的大小
.
物块受的重力 是不变的(关于这一点学生非常清楚),根据数学的知识的分析可以知道当倾角 慢慢减小到零的过程,
逐渐增大,最后等于物块的重力 逐渐减小,最后等于零.
等于零时的极限情况下分析题目.
的斜面上,物块的重力为
,斜慢慢由
;
极限法的应用,即倾角
例题2的拓展2:一物块放在倾角为 面与物块的动摩擦因数为
,请分析物块受力的方向并分析当倾角
零增大到90°的过程,物块对斜面的压力受到的摩擦力其大小的变化情况. 分析物块受力:
此时没有摩擦力;
时,只受两个力重力
和斜面给的支持力
,
时,物块只受一个力,物块的重力 .(此亦为极限法处理).
分析可知物块的运动状态是变化的,既开始时物块静止在斜面上,这时物块受三个力.
2
物块的重力 ,斜面给物块的支持力 和斜面给物块的静摩擦力 .
在斜面给物块的静摩擦力 等于物块的下滑力 时,物块开始滑
动,此时物块依旧受三个力, 物块的重力 ,斜面给物块的支持力 和斜面给物块的滑动摩擦力
.物块处于加速运动状态.(这里学习应用了运动性
质的分段处理方法).在此基础上分析每个力的大小变化情况.(利用物体平衡条件和滑动摩擦力的性质来分析求解).
重力大小不变;斜面给物块的支持力的大小逐渐减小;斜面给物块的摩擦力的大小是先增大后减小.
例3:如下图所示,木板A的质量为
,木块B的质量是2
,用细
及
线系住A,细线与斜面平行,木块B沿倾角为 细线的拉力F.
的斜面,在木板的下面匀速
滑下,若A和B之间及B和斜面之间的动摩擦因数相同,求动摩擦因数
选题角度:考查共点力平衡条件的应用.
解析:隔离A木板,对A进行受力分析如下图所示,由于A处于平衡状态,故
、
即
3
隔离B木块,对B进行受力分析如图所示,由于B处于平衡状态,故
、
即
联立以上各式解得
4
例4:固定在水平地面上半径为R的光滑半球,球心O的正上方固定一大小可不计的定滑轮,细线一端拴一半径为 的小球,另一端绕过定滑轮.今将小球从下图所示位置缓慢地拉至顶点A,在小球到达A点前的过程中小球对半球的压力
,细线的拉力F的大小变化情况是( )
A.
变大、F变大 B.
变小、F变大
C. 不变、F变小 D. 变大、F变小
选题角度:考查共点力平衡条件的实际应用.
解:以小球为研究对象,对小球进行受力分析,如图所示,小球受到细线的拉力F、半球对小球的支持
和重力G的作用,由于小球从图中位置被
缓慢拉至顶点A,所以在此过程中小球处于动态平衡状态,小球所受合力为零. 经分析知,几何三角形
上式中,R、 、
、G均不变,当
减小时,
不变,F变小,
与由G、
、F构成的三角形相似,故
根据牛顿第三定律,小球对半球的压力大小 综上所述:选项C正确.
5
,故 不变