力的分解与合成
力是矢量。
力的分解与合成可用以下规则完成:平行四边形法则、三角形法则。
两个法则是等效的。对有些问题,三角形法则可能效率较高,而对于另外一些问题,平行四边形法则可能效率更高一些。
在最近十年的客观题中,多次直接考查力的分析与合成。此处收录较具典型性的三题。
典型考题1:2016年全国卷二题14
质量为的物体用轻绳悬挂于天花板上。用水平向左的力缓慢拉动绳的中点,如图所示。用表示绳段拉力的大小,在点向左移动的过程中
A.逐渐变大,逐渐变大 B.逐渐变大,逐渐变小
C. 逐渐变小,逐渐变大 D.逐渐变小,逐渐变小
此题可用三角形法则解答,效率很高。只需要画图,不需要计算。
在本题中,以绳结为研究对象,该对象在 这三个力的作用下处于平衡状态,所以,三个力的合力为零。三个力首尾相接,构成一个闭合三角形。
显然,在点向左移动的过程中, 这两个力都在变大。
有学生提问:老师,在有些图中,三个矢量首尾相接,而在另外一些图中却不是这样。这是为什么?
对这个问题的回答是:这两个图表达的意思并不相同。
如下图所示,
代表 与 这两个矢量之和;在图中,以一根带箭头的虚线表示,箭头在 端。
而在另外一个图中, 这三个矢量的首尾相接,构成一个闭合三角形。相应的,这三个矢量的和是零矢量。
注意: 与 大小相等而方向相反,其和为零矢量。
回到前面【2016年全国卷二题14】的解答过程中,我们用带箭头的虚线代表 与 的合力;这个合力与重力大小相等,方向相反。
如果以 分别代表这三个力,则其矢量和为零矢量:
典型考题2:2014年海南卷题5
5.如图,一不可伸长的光滑轻绳,其左端固定于点,右端跨过位于 点的固定光滑轴悬挂一质量为 的物体; 段水平,长度为; 绳上套一可沿绳滑动的轻环。现在轻环上悬挂一钩码,平衡后,物体上升 ,则钩码的质量为
依题意可知:两段绳子的夹角为 .
此题用正交分解法解答较为方便;当然,也可以用三角形法则。结论是一致的:钩码的质量 .
典型考题3:2011年海南卷题4
4.如图,墙上有两个钉子 和 ,它们的连线与水平方向的夹角为 ,两者的高度差为 。一条不可伸长的轻质细绳一端固定于 点,另一端跨过光滑钉子 悬挂一质量为 的重物。在绳上距 端 的 点有一固定绳圈。若绳圈上悬挂质量为 的钩码,平衡后绳的 段正好水平,则重物和钩码的质量比 为
此题以几何化方法解答为佳。
以绳结为研究对象,受到三个力作用;三个力构成闭合三角形。
根据三角形的相似关系可知:
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