导学力的分解问题

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  把一个已知力作为平行四边形的对角线,则与已知力共点的平行四边形的两条邻边就表示已知力的两个分力.由于同一条对角线可以作出无数个不同的平行四边形,因此,如果没有限制,从理论上分析,一个力可以分解为无数对大小、方向不同的分力.进行力的分解,主要是按力的实际作用效果进行分解.如在斜面上静止的物体,其重力产生的效果:一是使物体有沿斜面下滑的趋势,二是使物体压紧斜面.但不能就此认为斜面上的物体的重力都这样分解,如光滑小球被竖直挡板挡在斜面上静止,此时其重力产生的效果一是使球压紧竖直挡板,二是使球压紧斜面.
  
  1力按作用效果分解
  
  表1
  实例分析
  地面上物体受斜向上的拉力F,拉力F一方面使物体沿水平地面前进,另一方面向上提物体,因此拉力F可分解为水平向前的力F1和竖直向上的力F2.
  质量为m的物体静止在斜面上,其重力产生两个效果:一是使物体具有沿斜面下滑趋势的分力F1;二是使物体压紧斜面的分力F2,F1=mgsinα,F2=mgcosα.
  质量为m的光滑小球被竖直挡板挡住而静止于斜面上时,其重力产生两个效果:一是使球压紧板的分力F1;二是使球压紧斜面的分力F2.F1=mgtanα,F2=mgcosα.
  质量为m的光滑小球被悬线挂靠在竖直墙壁上,其重力产生两个效果:一是使球压紧竖直墙壁的分力F1;二是使球拉紧悬线的分力F2.F1=mgtanα,F2=mgcosα.
  A、B两点位于同一平面上,质量为m的物体被AO、BO两线拉住,其重力产生两个效果:一是使物体拉紧AO线的分力F1;二是使物体拉紧BO线的分力F2.F1=F2=mg2sinα
  质量为m的物体被支架悬挂而静止,其重力产生两个效果:一是拉伸AB的分力F1;二是压缩BC的分力F2.F1=mgtanα,F2=mgcosα.
  2力的正交分解法
  
  2.1力的正交分解法
  
  在许多情况下,根据力的实际作用效果,我们可以把一个力分解为两个相互垂直的分力.把力沿着两个选定的互相垂直的方向分解,叫力的正交分解法.
  
  2.2正交分解法的原理
  
  一条直线上的两个或两个以上的力,其合力可由代数运算求得.当物体受到多个力作用,并且这几个力只共面不共线时,其合力用平行四边形定则求解很不方便.为此,我们建立一个直角坐标系,先将各力正交分解在两条互相垂直的坐标轴上,分别求出两个不同方向上的合力Fx和Fy,然后由F=F2x F2y求合力.
  
  2.3正交分解法的步骤
  
  (1)以力的作用点为原点建立直角坐标系,标出x轴和y轴.如果这时物体处于平衡状态,则两轴方向可根据解题方便自己选择.(2)将与坐标轴不重合的力分解为x轴方向和y轴方向的两个分力,并在图上标明Fx和Fy.(3)在图上标出力与x轴或力与y轴的夹角,然后列出力Fx、Fy的表达式.如图1所示,F与x轴夹角为θ,则Fx=Fcosθ,Fy=Fsinθ,与两轴重合的力就不要再分解了.(4)列出x轴方向上各分力的合力和y轴方向上各分力的合力的两个方程,然后求解.
  
  3把握典型问题
  
  3.1对力作用效果的理解
  
  
  例1如图2所示,光滑斜面上物体重力mg分解为F1、F2两个力,下列说法中正确的是
  
  A.F1是斜面作用在物体上使物体下滑的力,F2是物体对斜面的压力
  
  B.物体受到mg、FN、F1、F2四个力的作用
  
  C.物体只受到重力mg和斜面的支持力FN的作用
  
  D.力FN、F1、F2三力的作用效果与mg、FN两个力的作用效果相同
  
  解析F1、F2两个力是重力mg的两个分力,其作用效果与重力mg等效,性质与重力的性质相同,所以F2不是物体对斜面的压力,物体只受重力mg和斜面支持力FN的作用.力的合成与分解的原理就是分力的作用效果与合力作用效果相同,考虑了合力作用效果后,就不能再考虑分力的作用效果,否则是重复考虑了力的作用效果,导致错误的结论,故C、D正确.答案:C、D.
  
  解后总结(1)物体对斜面的压力和重力G垂直斜面的分力F2不是一个力.(2)在分析物体受力时,合力与分力不能重复考虑.
  
  3.2力分解有定解的条件
  
  例2在已知的一个力的分解中,下列情况具有唯一解的是
  
  A.已知两个分力的方向,并且不在同一直线上
  
  B.已知一个分力的大小和方向
  
  C.已知一个分力的大小和另一个分力的方向
  
  D.已知两个分力的大小
  
  解析已知两分力的方向,并且两分力方向不在同一直线上,已知力只能分解成一组分力,故A正确;若已知一个分
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