2012届湖南人教版学海导航新课标高中总复习(第1轮)物理:第3章_第4讲_合成法和正交分解法

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1.力的合成法:当物体只受两个互成角度的力作用而做加速运动时,可利用平行四边形定则很方便求出合力,由牛顿第二定律可知合力与加速度的方向总是一致的,解题时已知或判知加速度方向,就可知合力方向,反之亦然.2.正交分解法:当物体受到两个以上力作用而做加速运动时,常用正交分解法解题.选取两个正交坐标系方向后有:==xxyyFmaFma1.应用正交分解法时怎样选择坐标轴方向?解答:在牛顿第二定律中应用正交分解法时,建立坐标系的基本原则是:使分解的物理量(力和加速度)尽量的少;尽可能的分解已知量.具体有两种方法:(1)以加速度a的方向为x轴正方向,与a垂直的方向为y轴,则有:(2)使尽可能多的力位于正交坐标轴上,将加速度进行分解,则有:==xxyyFmaFma==0xyFmaF2.怎样分析多过程问题?解答:由于物体受力的变化,运动轨迹不同等因素导致物体运动经过多个复杂的过程,这时应采用“程序分析法”.按时间的先后,空间的顺序对物体运动过程进行分析的方法叫做“程序分析法”.要求我们从读题开始,注意到题中有哪些引起多过程的变化因素,怎样划分多个不同过程、中间状态有何特征,然后对各个过程或各个状态依次进行分析.例1:如图341所示,一倾角为θ的斜面上放着一小车,小车上吊着小球m,小车在斜面上下滑时,小球与车相对静止共同运动,当悬线处于下列状态时,分别求出小车下滑的加速度及悬线的拉力.(1)悬线沿竖直方向;(2)悬线与斜面方向垂直;(3)悬线沿水平方向.解析:(1)作出小球受力图如图(a)所示,为绳子拉力F1与重力mg,不可能有沿斜面方向的合力,因此,小球与小车相对静止且一起沿斜面匀速下滑,其加速度a1=0,绳子的拉力F1=mg.22233sincos./sincosinst.3in2bFmgagFmgcagmgmmgFmmmFg合作出小球受力图如图所示,绳子的拉力与重力的合力沿斜面向下,小球的加速度==,绳子拉力=作出受力图如图所示,小球的加速度===,绳子拉力=方法点拨:应用牛顿第二定律分析问题时,确定好研究对象后,根据运动情况进行受力分析,确定好加速度方向,此方向就为物体所受合力方向,即为平行四边形的对角线方向.变式训练1:(2010·上海联考)如图342所示,两个倾角相同的滑杆上分别套有A、B两个圆环,两个圆环上分别用细线悬吊着两个物体C、D,当它们都沿滑杆向下滑动时,A的悬线与杆垂直,B的悬线竖直向下.则下列说法中正确的是()A.A环与滑杆间没有摩擦力B.B环与滑杆间没有摩擦力C.A环做的是匀速运动D.B环做的是匀加速运动A变式训练2:如图343所示,质量为m的人站在自动扶梯上,扶梯正以加速度a向上减速运动,a与水平方向的夹角为θ,求人受的支持力和摩擦力.解析:以人为研究对象,他站在减速上升的电梯上,受到竖直向下的重力mg和竖直向上的支持力FN,还受到水平方向的静摩擦力Ff,由于物体斜向下的加速度有一个水平向左的分量,故可判断静摩擦力的方向水平向左.人受力如图所示,建立坐标系,并将加速度分解为水平加速度ax和竖直加速度ay,如图所示,则:ax=acosθay=asinθ由牛顿第二定律得:Ff=maxmg-FN=may求得Ff=macosθFN=m(g-asinθ)例2:如图344所示,一皮带输送机的皮带以v=13.6m/s的速率做匀速运动,其有效输送距离AB=29.8m,与水平面夹角为θ=37°.将一小物体轻放在A点,物体与皮带间的动摩擦因数μ=0.1,求物体由A到B所需的时间.(g=10m/s2)1211121111sincossincos6.8m/s/213.6m/2sAmgmgmaaggxtxvatva物体从点开始运动,由牛顿第二定律得:+==+=设物体加速到与传送带速度相同时的位移为,历时,解析:由运动学规律得:====222221221222sincos3ssincos5.2m/s/21s()mgmgmaaggxABxvtatttttAB此后物体相对传送带向下运动,同理:-==-==-=+代入数据得:=把负根舍去故物体运动到的总+时为=间=方法点拨:分析传送带问题时,要注意传送带是顺时针还是逆时针转动,传送带可分为水平和倾斜两种状态.分析运动时首先要判定摩擦力突变(大小和方向)点,给运动分段.突变点多发生在物体的速度与传送带速度相等的时刻.物体在传送带上运动时的极值问题(最大、最小)都是发生在物体的速度和传送带速度相等时刻.同时在解决倾斜传送带问题时,要比较mgsinθ与Ff的大小与方向.还要考虑传送带的长度,判定临界之前是否滑出;物体共速后物体能否与传送带保持相对静止做匀速运动.变式训练3:如图345所示,质量为10kg的物体在F=200N的水平推力作用下,从粗糙斜面的底端由静止开始沿斜面运动,斜面固定不动,与水平地面的夹角θ=37°.力F作用2秒钟后撤去,物体在斜面上继续上滑了1.25秒钟后,速度减为零.求:物体与斜面间的动摩擦因数μ和物体沿斜面向上的总位移x.(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)解析:物体受力分析如图所示,设加速时的加速度为a1,末速度为v,减速时的加速度大小为a2,将mg和F分解后,由牛顿运动定律得N=Fsinθ+mgcosθFcosθ-f-mgsinθ=ma1又f=μN加速过程由运动学规律可知v=a1t12212222122sincos0.2516.2/5/22Faaggvatxxmtaat撤去后,物体减速运动的加速度大小为,则=+由匀变速运动规律有=由运动学规律知=+= 代入数据得=变式训练4:如图346所示,质量为1kg,初速度为18m/s的物体,在粗糙水平面上滑行,物体与地面间的动摩擦因数为0.25,同时还受到一个与水平方向成53°角,大小为5N的外力F作用,经2s后撤去外力,求物体滑行的总路程.(sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10m/s2)解析:有力F作用于物体时,对物体进行受力分析如图所示,选向左为正方向,根据牛顿运动定律:水平方向:Fcosθ+f=ma1竖直方向:N+Fsinθ=mg又因为f=μN,以上各式联立解得:a1=4.5m/s221011022222222s27m2s9m/s02.5m/s216.2m43.22m1xvtatxvvatvfmaNmgfNavxxxa物体运动经过的位移=- 解得:=运动时的速度=-,解得:=当撤去外力时,受力如图:根据牛顿第二定律有:水平方向:=竖直方向:-=又因为=联立解得:=又根据运动学公式=得:=物体滑:=行的总路程

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