力的合成与分解上课用

力的合成与分解
一、力的合成 1.合力与分力
（1）定义：如果一个力与几个力共同作用的效果相同，这一个力就叫做那几个力的合力，那几个力就叫做这一个力的分力。

（2）逻辑关系：合力与分力是等效替代的关系 2、运算法则
(1)平行四边形定则 （2）三角形定则.
(2)合力的取值范围是:
①
θ在0~180°内变化时，θ增大，F 随之减小；θ减小，F 随之增大；合力可能比分力大，也可能比分力小，也可能等于某一个分力.（平行四边形演示）
2
121F F F F F +≤≤
- F
F F 2
②当θ=90°时:
③当θ=120°,且F 1=F 2时:F= F 1=F 2 ④当F 1,F 2成任意角度时，根据余弦定理，合力
例一、5个力同时作用于质点m ，此5个力大小和方向相当于正六边形的两条边和三条对角线，如图所示，这5个力的合力为F 1的:( ) A.3倍 B.4倍 C.5倍 D.6倍
F 2
1
,
2
22
1F F F +=
2F
7F
4F
3F 5F
例二、如图所示，5个共点力的大小分别是2F 、3F 、4F 、5F 、7F ，相互间夹角均为60。

，求它们合力的大小和方向。

例三、水平横粱的一端A 插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B ，一轻绳的一端C 固定于墙上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量m =10 kg 的重物，∠CBA ＝30°，如图甲所示，则滑轮受到绳子的作用力为（g =10m/s 2）
A ．50N
B ．503N
C ．100N
D ．1003N
例四、轻绳AB 总长l ，用轻滑轮悬挂重G 的物体。

绳能承受的最大拉力是2G ，将A 端固定，将B 端缓慢向右移动d 而使绳不断，求d 的最大可能值。

F 2
二、共点力
几个力如果都作用在物体的同一点，或者几个力作用在物体上的不同点，但这几个力的作用线延长后相交于同一点，这几个力就叫共
点力，所以，共点力不一定作用在同一点上，如图所示的三个力F1、
F2、F3均为共点力。

三、力的分解
（1）力的分解遵循平行四边形法则，力的分解相当于已知对角线求邻边。

（2）两个力的合力惟一确定，一个力的两个分力在无附加条件时，从理论上讲可分解为无数组分力，但在具体问题中，应根据力实际产生的效果来分解。

例五、将放在斜面上质量为m的物体的重力mg分解为下滑力F1和对斜面的压力F2，这种说法正确吗？
几种有条件的力的分解
①已知两个分力的方向，求两个分力的大小时，有唯一解。

②已知一个分力的大小和方向，求另一个分力的大小和方向时，有唯一解。

③已知两个分力的大小，求两个分力的方向时，其分解不惟一。

④已知一个分力的大小和另一个分力的方向，求这个分力的方向和另一个分力的大小时，其分解方法可能惟一，也可能不惟一。

用力的矢量三角形定则分析力最小值的规律：
①当已知合力F 的大小、方向及一个分力F 1的方向时，另一个分力F 2取最小值的条件是两分力垂直。

如图所示，F 2的最小值为：F 2min =F sin α
②当已知合力F 的方向及一个分力F 1的大小、方向时，另一个分力F 2取最小值的条件是：所求分力F 2与合力F 垂直，如图所示，F 2的最小值为：F 2min =F 1sin
α
③当已知合力F 的大小及一个分力F 1的大小时，另一个分力F 2取最小值的条件是：已知大小的分力F 1与合力F 同方向，F 2的最小值为｜F －F 1｜
（5
把一个力分解成两个互相垂直的分力，这种分解方法称为正交分解法。

用正交分解法求合力的步骤：
①首先建立平面直角坐标系，并确定正方向
②把各个力向x 轴、y 轴上投影，但应注意的是：与确定的正方向相同的力为正，与确定的正方向相反的为负，这样，就用正、负号表示了被正交分解的力的分力的方向
③求在x 轴上的各分力的代数和F x 合和在y 轴上的各分力的代数和F y 合 ④求合力的大小 22)()(合合y x F F F += 合力的方向：tan α=
合
合x y F F （α为合力F 与x 轴的夹角）
点评：力的正交分解法是把作用在物体上的所有力分解到两个互相垂直的坐标轴上，分解最终往往是为了求合力（某一方向的合力或总的合力）。

四、练习
1．一个力，如果它的两个分力的作用线已经给定，分解结果可能有种（注意：两分力作用线与该力作用线不重合）
2．一个力，若它的两个分力与该力均在一条直线上，分解结果可能有种。

3．一个力，若它的一个分力作用线已经给定（与该力不共线），另外一个分力的大小任意给定，分解结果可能有种。

4．有一个力大小为100N，将它分解为两个力，已知它的一个分力方向与该力方向的夹角为30°，那么，它的另一个分力的最小值是N，与该力的夹角为。

5．两个大小相等的共点力F1、F2，当它们间的夹角为90°时合力大小为20N则当它们间夹角为120°时，合力的大小为多少？。