第2章 第2讲 力的合成与分解—2022届高中物理一轮复习讲义（机构专用）

第二章物体间的相互作用第2讲力的合成与分解【教学目标】1、会运用力的合成法则进行共点力的合成；2、能根据力的分解原则正确进行力的分解；3、理解力的平行四边形定则，能灵活地运动平行四边形定则进行力的合成与分解；4、会用力的正交分解和矢量三角形进行有关分析和运算。【重、难点】1、力的正交分解法和矢量三角形法则【知识梳理】（1）合力及其分力均为作用于同一物体上的力() （2）合力及其分力可以同时作用在物体上()（3）两个力的合力一定比其分力大()（4）互成角度的两个力的合力与分力间一定构成封闭的三角形()（5）既有大小又有方向的物理量一定是矢量()考点一力的合成问题1．共点力合成的常用方法（1）作图法：从力的作用点起，按同一标度作出两个分力F1和F2的图示，再以F1和F2的图示为邻边作平行四边形，画出过作用点的对角线，量出对角线的长度，计算出合力的大小，量出对角线与某一力的夹角确定合力的方向（如图所示）。（2）计算法：几种特殊情况的共点力的合成。类　型作　图合力的计算①互相垂直F＝tanθ＝②两力等大，夹角为θF＝2F1cosF与F1夹角为③两力等大且夹角60°F＝F1＝F2 ④两力等大且夹角90°F＝F1＝F2⑤两力等大且夹角120°合力与分力等大（3）力的三角形定则：将表示两个力的图示(或示意图)保持原来的方向依次首尾相接，从第一个力的作用点，到第二个力的箭头的有向线段为合力。平行四边形定则与三角形定则的关系如图甲、乙所示。2．合力的大小范围（1）两个共点力的合成：|F1－F2|≤F合≤F1＋F2①当两个分力反向时，合力最小，为|F1－F2|；当两分力同向时，合力最大，为F1＋F2②两个分力一定时，夹角θ越大，合力越；合力一定，两等大分力的夹角越大，两分力越；（2）三个共点力的合成①三个力共线且同向时，其合力最大，为F1＋F2＋F3。②以这三个力的大小为边，如果能组成封闭的三角形，则其合力最小值为零，若不能组成封闭的三角形，则合力最小值的大小等于最大的一个力减去另外两个力的大小之和．典例精析例1．(多选)两个共点力F1、F2大小不同，它们的合力大小为F，则(　　)A．F1、F2同时增大一倍，F也增大一倍B．F1、F2同时增加10N，F也增加10NC．F1增加10N，F2减少10N，F一定不变D．若F1、F2中的一个增大，F不一定增大 变式1、我国海军在南海某空域举行实兵对抗演练，某一直升机在匀速水平飞行过程中遇到突发情况，立即改为沿虚线方向斜向下减速飞行，则空气对其作用力可能是(　　)A．F1　　　　B．F2　　　　C．F3　　　　D．F4变式2、如图所示，一个“Y”形弹弓顶部跨度为L，两根相同的橡皮条自由长度均为L，在两橡皮条的末端用一块软羊皮（长度不计）做成裹片。若橡皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律，且劲度系数为k，发射弹丸时每根橡皮条的最大长度为2L（弹性限度内），则发射过程中裹片对弹丸的最大作用力为(　　)A．kLB．2kLC．kLD．kL例2．三个共点力大小分别是F1、F2、F3，关于它们的合力F的大小，下列说法中正确的是(　　)A．F大小的取值范围一定是0≤F≤F1＋F2＋F3B．F至少比F1、F2、F3中的某一个大C．若F1∶F2∶F3＝3∶6∶2，只要适当调整它们之间的夹角，一定能使合力为零D．若F1∶F2∶F3＝3∶6∶8，只要适当调整它们之间的夹角，一定能使合力为零例3．如图所示，体操吊环运动有一个高难度的动作就是先双手撑住吊环（图甲），然后身体下移，双臂缓慢张开到图乙位置，则在此过程中，吊环的两根绳的拉力FT（两个拉力大小相等）及它们的合力F的大小变化情况为(　　) A．FT减小，F不变B．FT增大，F不变C．FT增大，F减小D．FT增大，F增大考点二力的分解问题1．按作用效果分解力的一般思路2．正交分解法（1）定义：将已知力按互相垂直的两个方向进行分解的方法。（2）建立坐标轴的原则：一般选共点力的作用点为原点，在静力学中，以少分解力和容易分解力为原则（即尽量多的力在坐标轴上）；在动力学中，通常以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标系。（3）方法：物体受到F1、F2、F3…多个力作用求合力F时，可把各力沿相互垂直的x轴、y轴分解。x轴上的合力：Fx＝Fx1＋Fx2＋Fx3＋…y轴上的合力：Fy＝Fy1＋Fy2＋Fy3＋…合力大小：F＝合力方向：与x轴夹角设为θ，则tanθ＝。典例精析例4．减速带是交叉路口常见的一种交通设施，车辆驶过减速带时要减速，以保障行人的安全。当汽车前轮刚爬上减速带时，减速带对车轮的弹力为F，下图中弹力F画法正确且分解合理的是(　　) 例5．如图所示，放在斜面上的物体受到垂直于斜面向上的力F作用始终保持静止，当力F逐渐减小后，下列说法正确的是(　　)A．物体受到的摩擦力保持不变B．物体受到的摩擦力逐渐增大C．物体受到的合力减小D．物体对斜面的压力逐渐减小变式3、如图所示，质量为m的物体置于倾角为θ的固定斜面上，物体与斜面之间的动摩擦因数为μ，先用平行于斜面的推力F1作用于物体上使其能沿斜面匀速上滑，若改用水平推力F2作用于物体上，也能使物体沿斜面匀速上滑，则两次的推力之比为(　　)A．cosθ＋μsinθ　　　　B．cosθ－μsinθC．1＋μtanθD．1－μtanθ力的合成与分解方法的选择力的效果分解法、正交分解法、合成法都是常见的解题方法，一般情况下，物体只受三个力的情形下，力的效果分解法、合成法解题较为简单，在三角形中找几何关系，利用几何关系或三角形相似求解；而物体受三个以上力的情况多用正交分解法，但也要视题目具体情况而定。考点三力分解的多解问题若不加任何限制条件，将一个已知力分解为两个分力时可以有 种分解方式，所以对力的分解就必须加以限制，否则，力的分解将无实际意义。通常在实际中，我们是根据力的作用效果来分解一个力。这就要求在力的分解之前必须搞清楚力的，这样就确定了分力的方向，力的分解将是唯一的。1．一个力有确定的两个分力的条件是：（1）已知合力及两分力方向，求分力大小，有唯一定解；（2）已知合力及一个分力的大小方向，求另一分力大小方向，有唯一定解；2．其他一些特殊情况（1）已知合力及一个分力方向，求另一分力，有无数组解，其中有一组是另一分力最小解；（2）已知合力F、一个分力（F1）的大小和另一个分力（F2）的方向（F2与合力的夹角为θ）。若F1<F合sinθ，无解；若F1=F合sinθ，唯一解；若F合>F1>F合sinθ，两解；若，唯一解（3）已知两个分力F1、F2的大小（无解、一解、两解）若F1+F2<F，无解；若F1F2=F，一解；若将三个力的大小作为三条线段，如果这三条线段能构成一个三角形，则有两解。典例精析例6．已知两个共点力的合力为50N，分力F1的方向与合力F的方向成30°角，分力F2的大小为30N．则(　　)A．F1的大小是唯一的B．F2的方向是唯一的C．F2有两个可能的方向D．F2可取任意方向变式4、（多选）已知力F的一个分力F1跟F成30º角，大小未知，另一个分力F2的大小为F，方向未知，则F1的大小可能是（　　　） A．F　　B．F　　C．F　　D．F考点四对称法解决非共面力问题在力的合成与分解的实际问题中，经常遇到物体受多个非共面力作用处于平衡状态的情况，而在这类平衡问题中，又常有图形结构对称的特点，结构的对称性往往对应着物体受力的对称性。解决这类问题的方法是根据物体受力的对称性，结合力的合成与分解知识及平衡条件列出方程，求解结果。典例精析例7．（2017年广州一模）如图a所示，某工地上起重机将重为G的正方形工件缓缓吊起。四根等长的钢绳（质量不计），一端分别固定在正方形工件的四个角上，另一端汇聚于一处挂在挂钩上，绳端汇聚处到每个角的距离均与正方形的对角线长度相等（如图b）。则每根钢绳的受力大小为（） 图a图b A．B．C．D．变式5、如图是悬绳对称且长度可调的自制降落伞．用该伞挂上重为G的物体进行两次落体实验，悬绳的长度l1<l2，匀速下降时每根悬绳的拉力大小分别为F1、F2，则（） A．F1<F2B．F1>F2C．F1=F2<GD．F1=F2>G变式6、(多选)如图所示，完全相同的四个足球彼此相互接触叠放在水平面上，每个足球的质量都是m，不考虑转动情况，下列说法正确的是(　　)A．下面的球不受地面给的摩擦力B．下面每个球对地面的压力均为mgC．下面每个球受地面给的摩擦力均为mgD．上面球对下面每个球的压力均为mg考点五力（矢量）的合成中两类最小值问题典例精析类型一合力一定，其中一个分力的方向一定，当两个分力垂直时，另一个分力最小例8．如图所示，重力为G的小球用轻绳悬于O点，用力F拉住小球，使轻绳保持偏离竖直方向60°角且不变，当F与竖直方向的夹角为θ时F最小，则θ、F的值分别为(　　)A．0°，G　　　　　　　B．30°，GC．60°，GD．90°，G变式7、重量为G的木块与水平地面间的动摩擦因数为，一人欲用最小的作用力F使木块做匀速运动，则此最小作用力的大小和方向应如何？ 类型二合力方向一定，其中一个分力的大小和方向都一定，当另一个分力与合力方向垂直时，这一分力最小例9．如图所示，一物块受一恒力F作用，现要使该物块沿直线AB运动，应该再加上另一个力的作用，则加上去的这个力的最小值为(　　)A．FcosθB．FsinθC．FtanθD．条件不足，无法判断例10．如图所示，一条小船位于200m宽的河正中A点处，从这里向下游100m处有一危险区，当时水流速度为4m/s，为了使小船避开危险区沿直线到达对岸，小船在静水中的速度至少是（）A．m/sB．m/sC．2m/sD．4m/s变式8、如图所示，甲、乙、丙三人分别在两岸用绳拉小船在河流中行驶，已知甲的拉力大小为800N，方向与航向夹角为30°，乙的拉力大小为400N，方向与航向夹角为60°，要保持小船在河流正中间沿虚线所示的直线行驶，则丙用力最小为(　　)A．与F甲垂直，大小为400NB．与F乙垂直，大小为200NC．与河岸垂直，大小为（400＋200）ND．与河岸垂直，大小为400N 1．当已知合力F的大小、方向及一个分力F1的方向时，另一个分力F2取最小值的条件是两分力垂直。如图所示，F2的最小值为：F2min=FsinααFF2F1αFF2F12．当已知合力F的方向及一个分力F1的大小、方向时，另一个分力F2取最小值的条件是：所求分力F2与合力F垂直，如图所示，F2的最小值为：F2min=F1sinα考点六力的合成与分解方法在实际问题中的应用典例精析例11．某压榨机的结构示意图如图所示，其中B为固定铰链，若在A铰链处作用一垂直于墙壁的力F，则由于力F的作用，使滑块C压紧物体D，设C与D光滑接触，杆的重力及滑块C的重力不计，图中a＝0.5m，b＝0.05m，则物体D所受压力的大小与力F的比值为(　　)A．4B．5C．10D．1变式9、小明想推动家里的衣橱，但使出了很大的力气也推不动，他便想到了个妙招，如图所示，用A、B两块木板，搭成一个底角较小的人字形架，然后往中央一站，衣橱居然被推动了！下列说法中正确的是(　　)A．这是不可能的，因为小朋友根本没有用力去推衣橱 B．这是不可能的，因为无论如何小朋友的力气也没那么大C．这有可能，A板对衣橱的推力有可能大于小明的重力D．这有可能，但A板对衣橱的推力不可能大于小明的重力变式10、(多选)如图所示，两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动，在O点悬挂一挡板重物M，将两相同木块m紧压在竖直挡板上，此时整个系统保持静止．Ff表示木块与挡板间摩擦力的大小，FN表示木块与挡板间正压力的大小．若挡板间的距离稍许增大后，系统仍静止且O1、O2始终等高，则(　　)A．Ff变小B．Ff不变C．FN变小D．FN变大变式11、电梯修理员或牵引专家常常需要监测金属绳中的张力，但不能到绳的自由端去直接测量．某公司制造出一种能测量绳中张力的仪器，工作原理如图所示，将相距为L的两根固定支柱A、B（图中的小圆圈表示支柱的横截面）垂直于金属绳水平放置，在A、B的中点用一可动支柱C向上推动金属绳，使绳在垂直于A、B的方向竖直向上发生一个偏移量d(d≪L)，这时仪器测得金属绳对支柱C竖直向下的作用力为F。（1）试用L、d、F表示这时金属绳中的张力FT；（2）如果偏移量d＝10mm，作用力F＝400N，L＝250mm，计算金属绳中张力的大小．【能力展示】【小试牛刀】 1．将物体所受重力按力的效果进行分解，下列图中错误的是(　　)2．如图所示，质量为m的木块A放在斜面体B上，若A和B沿水平方向以相同的速度v0一起向左做匀速直线运动，则A和B之间的相互作用力大小为（）A．mgcosB．mgsinC．mgD．03．如图所示，从正六边形的一个顶点向其余五个顶点作用着五个力F1、F2、F3、F4、F5，则这5个力的合力为（） F5F4F2F1F3F1 A．2F3B．3F3C．4F3D．5F34．如图所示，某个物体在F1、F2、F3、F4四个共点力作用下处于静止状态，若F4的方向沿逆时针转过60°而保持其大小不变，其余三个力的大小和方向均保持不变，则此时物体所受到的合外力大小为（）F1F2F3F4OA．　B．C．F4　　　　D．5．如图所示，两绳相交于O点，绳与绳，绳与天花板间夹角大小如图，现用一力F作用于O点，F与右绳间夹角为α，保持F的大小不变，改变α角的大小，忽略绳本身的重力，则下述哪种情况下，两绳所受的张力相等(　　)A．α＝150°B．α＝135°C．α＝120°D．α＝90°6．三段不可伸长的细绳OA、OB、OC能承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，如图所示，其中OB是水平的，A端、B端固定，若逐渐增加C端所挂物体的质量，则最先断的绳是（）A．必定是OAB．必定是OBC．必定是OCD．可能是OB，也可能是OC7．如图所示，杆BC的B端用铰链固定在竖直墙上，另一端C为一滑轮．重物G上系一绳经过滑轮固定于墙上A点处，杆恰好平衡．若将绳的A端沿墙缓慢向下移（BC 杆、滑轮、绳的质量及摩擦均不计），则(　　)A．绳的拉力增大，BC杆受绳的压力增大B．绳的拉力不变，BC杆受绳的压力增大C．绳的拉力不变，BC杆受绳的压力减小D．绳的拉力不变，BC杆受绳的压力不变8．如图所示，一个物体由绕过定滑轮的绳拉着，分别用图中所示的三种情况拉住物体静止不动。在这三种情况下，若绳的张力分别为FT1、FT2、FT3，定滑轮对轴心的作用力分别为FN1、FN2、FN3，滑轮的摩擦、质量均不计，则(　　)A．FT1>FT2>FT3，FN1＝FN2＝FN3B．FT1＝FT2＝FT3，FN1>FN2>FN3C．FT1＝FT2＝FT3，FN1＝FN2＝FN3D．FT1<FT2<FT3，FN1<FN2<FN39．如图所示，小车沿水平面向右做匀加速直线运动，车上固定的硬杆和水平面的夹角为θ，杆的顶端固定着一个质量为m的小球，当小车运动的加速度逐渐增大时，杆对小球的作用力（F1至F4变化）的变化图示可能是（） 10．如图所示，一带正电的金属小球用绝缘细线系在天花板上，已知该小球质量为m、电量为q。当在纸面内加一匀强电场后，细线摆至图中虚线位置后小球重新平衡，已知θ=30°。则该电场的场强E的最小值为（） θ A．B．C．D．【大显身手】11．(多选)如图所示，作用于O点的三个力F1、F2、F3合力为零，F1沿－y方向，大小已知．F2与＋x方向夹角为θ（θ＜90°），大小未知．下列说法正确的是(　　)A．F3可能指向第二象限B．F3一定指向第三象限C．F3与F2的夹角越小，则F3与F2的合力越小D．F3的最小可能值为F1cosθ12．将两个质量均为m的小球a、b用细线相连后，再用细线悬挂于O点，如图所示。用力F拉小球b，使两个小球都处于静止状态，且细线Oa与竖直方向的夹角保持θ＝30°，则F的最小值为(　　)A．mgB．mgC．mgD．mg13．如图所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机。三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成30°角，则每根支架中承受的压力大小为() A．　B．C．　　　D．14．将三根伸长可不计的轻绳AB、BC、CD如图连接，现在B点悬挂一个质量为m的重物，为使BC绳保持水平且AB绳、CD绳与水平天花板夹角分别为60°与30°，需在C点再施加一作用力，则该力的最小值为(　　)A．mgB．mgC．mgD．mg15．(多选)如图所示为缓慢关门时（图中箭头方向）门锁的示意图，锁舌尖角为37°，此时弹簧弹力为24N，锁舌表面较光滑，摩擦不计（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8），下列说法正确的是(　　)A．此时锁壳碰锁舌的弹力为30NB．此时锁壳碰锁舌的弹力为40NC．关门时锁壳碰锁舌的弹力逐渐增大D．关门时锁壳碰锁舌的弹力保持不变16．如图所示，一质量均匀的实心圆球被直径AB所在的平面一分为二，先后以AB沿水平和竖直两种不同方向放置在光滑支架上，处于静止状态，两半球间的作用力分别为F和F′，已知支架间的距离为AB长度的一半，则等于(　　) A．B．C．D．17．如图甲所示，将两根劲度系数均为k、原长均为L的轻弹簧，一端固定在水平天花板上相距为2L的两点，另一端共同连接一质量为m的物体，平衡时弹簧与竖直方向的夹角为37°。若将物体的质量变为M，平衡时弹簧与竖直方向的夹角为53°，如图乙所示（sin37°＝0.6），则等于(　　)A．B．C．D．18．蹦床可简化为如图所示的完全相同的网绳构成的正方形，点O、a、b、c等为网绳的结点。当网水平张紧时，若质量为m的运动员从高处竖直落下，并恰好落在O点，当该处下凹至最低点时，网绳aOe、cOg均成120°向上的张角，此时O点受到的向下的冲击力为F，则这时O点周围每根网绳的拉力的大小为(　　)A．B．C．D． 第2讲力的合成与分解答案例1、AD变式1、A变式2、D例2、D例3、B例4、B例5、A变式3、B例6、C变式4、AC例7、D变式5、B变式6、BCD例8、B变式7、最小作用力大小为mg，方向斜向上与水平方向成300角例9、B例10、C变式8、C例11、B变式9、C变式10、BD变式11、（1）；（2）2.5×103N解析：（1）设C′点受两边金属绳的张力分别为FT1和FT2，BC与BC′的夹角为θ，如图所示．依对称性有：FT1＝FT2＝FT由力的合成有：F＝2FTsinθ根据几何关系有sinθ＝联立上述二式解得FT＝因d≪L，故FT＝.（2）将d＝10mm，F＝400N，L＝250mm代入FT＝解得FT＝2.5×103N，即金属绳中的张力为2.5×103N【能力展示】 1、C2、C3、B4、C5、B6、A7、B8、B9、C10、D11、AD12、B13、D14、D15、BC16、B17、D18、B