高中物理正交分解教案

龙文学校------您值得信赖的专业化个性化辅导学校教师：顾乐安学生：宋文皓时间:2011年11月26日8:00—10:00段一、授课目的与考点分析：在高中物理学习中，正确应用正交分解法能够使一些复杂的问题简单化，并有效的降低解题难度。力的正交分解法在整个动力学中都有着非常重要的作用，掌握运用力的正交法解题。二、授课内容：一、正交分解法的目的和原则把力沿着两个经选定的互相垂直的方向分解叫力的正交分解法，在多个共点力作用下，运用正交分解法的目的是用代数运算公式来解决矢量的运算。在力的正交分解法中，分解的目的是为了求合力，尤其适用于物体受多个力的情况，物体受到F1、F2、F3…，求合力F时，可把各力沿相互垂直的x轴、y轴分解，则在x轴方向各力的分力分别为F1x、F2x、F3x…，在y轴方向各力的分力分别为F1y、F2y、F3y…。那么在x轴方向的合力Fx=F1x+F2x+F3x+…，在y轴方向的合力Fy=F2y+F3y+F3y+…。合力22yxF，设合力与x轴的夹角为θ，则xyFFtan。在运用正交分解法解题时，关键是如何确定直角坐标系，在静力学中，以少分解力和容易分解力为原则；在动力学中，以加速方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标，这样使牛顿第二定律表达式为：maFFxy;0二、运用正交分解法解题步骤在运用正交分解法解题时，一般按如下步骤：㈠以力的作用点为原点作直角坐标系，标出x轴和y轴，如果这时物体处于平衡状态，则两轴的方向可根据自己需要选择，如果力不平衡而产生加速度，则x轴（或y轴）一定要和加速度的方向重合；㈡将与坐标轴成角度的力分解成x轴和y轴方向的两个分力，并在图上标明，用符号Fx和Fy表示；㈢在图上标出与x轴或与y轴的夹角，然后列出Fx、Fy的数学表达式。如：F与x轴夹角分别为θ，则sin;cosFFFFyx。与两轴重合的力就不需要分解了；㈣列出x轴方向上和各分力的合力和y轴方向上的各分力的合力的两个方程，然后再求解。三、运用正交分解法典型例题例1.物体放在粗糙的水平地面上，物体重50N，受到斜向上方向与水平面成300角的力F作用，F=50N，物体仍然静止在地面上，如图1所示，求：物体受到的摩擦力和地面的支持力分别是多少？解析：对F进行分解时，首先把F按效果分解成竖直向上的分力和水平向右的分力，对物体进行受力分析如图2所示。F的效果可以由分解的水平方向分力Fx和竖直方向的分力Fy来代替。则：0030sin,30cosFFFFyX由于物体处于静止状态时所受合力为零，则在竖直方向有：龙文学校个性化辅导教案提纲300图1yxfFGN图2α龙文学校------您值得信赖的专业化个性化辅导学校GFN030sin030sinFGN则在水平方向上有：030cosFf例2.如图3所示，一物体放在倾角为θ的光滑斜面上，求使物体下滑的力和使物体压紧斜面的力。解析：使物体下滑的力和使物体压紧斜面的力都是由重力引起的，把重力分解成两个互相垂直的两个力，如图4所示，其中F1为使物体下滑的力，F2为物体压紧斜面的力，则：cossin21GFGF点评：F1和F2是重力的分力，与重力可以互相替代，但不能共存。如图5所示，拉力F作用在重为G的物体上，使它沿水平地面匀速前进，若物体与地面的动摩擦因素为μ，当拉力最小时和地面的夹角θ为多大？解析：选取物体为研究对象，它受到重力G、拉力F、支持力N和滑动摩擦力f的作用，根据平衡条件有：0cosNF0sinGNF解得：sincosGF设tan，则211cos，代入上式可得：21)cos(sinsincoscoscossintancosGGGF当时，1)cos(，此时F取最小值。拉力取最小值2min1GF时，拉力与地面的夹角arctan点评：这是一个和数学最值知识相结合典型例题，同学们可以通过本题体会和总结用数学知识解决物理问题的方法，逐步建立数学物理模型。例3：大小均为F的三个力共同作用在O点，如图6所示，F1、F2与F3之间的夹角均为600，求合力。解析：此题用正交分解法既准确又简便，以O点为原点，F1为x轴建立直角坐标；（1）分别把各个力分解到两个坐标轴上，如图7所示：0;111yxFFF0222260sin;60cosFFFFyox图5FGNfθ图3F1G图4F2θθ图6F1F2F3龙文学校------您值得信赖的专业化个性化辅导学校30o45oABOG03303360sin;60cosFFFFyx（2）然后分别求出x轴和y轴上的合力Fcos60F-cos60FFFFF030213X2X1X合XFF3sin60Fsin60F0FFF03023y2y1y合yF（3）求出Fx和Fy的合力既是所求的三个力的合力如图8所示。FFF2F2y2x合合合0Y603F；既合合XFtg，则合力与F1的夹角为600点评：用正交分解法求共点力的合力的运算通常较为简便，因此同学们要在今后学习中经常应用。专项练习1．如图所示，用绳AO和BO吊起一个重100N的物体，两绳AO、BO与竖直方向的夹角分别为30o和40o，求绳AO和BO对物体的拉力的大小。2.如图所示，重力为500N的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200N的物体，当绳与水平面成60o角时，物体静止，不计滑轮与绳的摩擦，求地面对人的支持力和摩擦力。F1F2XF2F3F3XF2yF3yOXy图7xyFFXFYO图8600龙文学校------您值得信赖的专业化个性化辅导学校3.(8分)如图6所示，θ＝370，sin370＝0.6，cos370＝0.8。箱子重G＝200N，箱子与地面的动摩擦因数μ＝0.30。要匀速拉动箱子，拉力F为多大？4.（8分）如图，位于水平地面上的质量为M的小木块，在大小为F、方向与水平方向成a角的拉力作用下沿地面作匀速直线运动。求：（1）地面对物体的支持力？（2）木块与地面之间的动摩擦因数？5．（6分）如图10所示，在倾角为α=37°的斜面上有一块竖直放置的档板，在档板和斜面之间放一个重力G=20N的光滑球，把球的重力沿垂直于斜面和垂直于档板的方向分解为力F1和F2，求这两个分力F1和F2的大小。6．(6分)长为20cm的轻绳BC两端固定在天花板上，在中点系上一重60N的重物，如图11所示：（1）当BC的距离为10cm时，AB段绳上的拉力为多少?（2）当BC的距离为102cm时．AB段绳上的拉力为多少?7.质量为m的物体在恒力F作用下，F与水平方向之间的夹角为θ,沿天花板向右做匀速运动，物体与顶板间动摩擦因数为μ，则物体受摩擦力大小为多少？图11龙文学校------您值得信赖的专业化个性化辅导学校8.如图所示重20N的物体在斜面上匀速下滑，斜面的倾角为370，求：（1）物体与斜面间的动摩擦因数。（2）要使物体沿斜面向上匀速运动，应沿斜面向上施加一个多大的推力？（sin370=0.6,cos370=0.8）9.质量为9.8kg的木块放在水平地面上，在大小为30N，方向与水平成370斜向上拉力作用下恰好沿水平地面匀速滑动．若改用水平拉力，使该木块在水平地面上仍匀速滑动，水平拉力应为多大?（取sin370＝0.6，cos370＝0.8．2/10smg）10.如图所示，物体的质量kgm4.4，用与竖直方向成37的斜向右上方的推力F把该物体压在竖直墙壁上，并使它沿墙壁在竖直方向上做匀速直线运动。物体与墙壁间的动摩擦因数5.0，取重力加速度2/10smg，求推力F的大小。（6.037sin，8.037cos）11.重力为G的物体紧靠在竖直的墙壁上，如图所示，用一个跟水平方向成θ角的力F作用于物体上，如物体和墙壁间的动摩擦因数为μ，要使物体保持静止状态，则F的最小值为多少？最大值又是多少？（可认为最大静摩擦力和滑动摩擦力大小相等）龙文学校------您值得信赖的专业化个性化辅导学校12.如图所示，物体A质量为2kg，与斜面间摩擦因数为0.4若要使A在斜面上静止，物体B质量的最大值和最小值是多少？三、本次课后作业：四、学生对于本次课的评价：〇特别满意○满意〇一般〇差学生签字：五、教师评定：1、学生上次作业评价：〇好○较好〇一般〇差2、学生本次上课情况评价：〇好○较好〇一般〇差教师签字：主任签字：龙文学校教务处