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正交分解法解题指导
正交分解法解题指导正交分解法的目的和原则
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。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: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?
解题步骤
(1)受力分析
(2)建立直角坐标系,受力分解
(3)沿x轴和y轴列方程等式
解:对进行则:
由于物体处于静止状态时所受合力为零则在竖直方向有:
则在水平方向上有: 2:F1、F2与F3三个力共同作用在O点,如图所示,F1、F2与F3之间的夹角均为600,求合力。
3:如图所示,一物体通过OA、OB两根绳子悬挂于天花板上,已知物体重质量为5Kg,AB绳子成1200角,求OA、OB、OC三根绳子分别受力多少
4:如图所示,斜面倾角为300,图1挡板垂直于斜面,图2挡板竖直。
已知小球质量为10Kg,求:
(1)图1中挡板和斜面受到的压力大小
(2)图2中挡板和斜面受到的压力大小
5.一物体放在倾角为θ的斜面上,
二、在动力学中,运用正交分解法典型例题
物体沿水平方向加速运动,设加速度为a,则x轴方向上的加速度ax=a,y轴方向上物体没有运动,故ay=0,由牛顿第二定律得
所以
又有滑动摩擦力
以上三式代入数据可解得物体的加速度a=0.58 m/s2
说明:当物体的受力情况较复杂时,根据物体所受力的具体情况和运动情况建立合适的直角坐标系,利用正交分解法来解.
2、合成法:将力合成到运动方向
例2、如图,沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中,悬挂小球的悬线偏离竖直方向37°角,球和车厢相对静止,球的质量为1kg.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况.
(2)求悬线对球的拉力.
解析:(1)球和车厢相对静止,它们的运动情况相同,由于对球的受力情况知道的较多,故应以球为研究对象.球受两个力作用:重力mg和线的拉力FT,由球随车一起沿水平方向做匀变速直线运动,故其加速度沿水平方向,合外力沿水平方向.做出平行四边形如图所示.球所受的合外力为
F合=mgtan37°
由牛顿第二定律F合=ma可求得球的加速度为7.5m/s2 加速度方向水平向右.
车厢可能水平向右做匀加速直线运动,也可能水平向左做匀减速直线运动.
(2)由图可得,线对球的拉力大小为N=12.5 N
说明:本题解题的关键是根据小球的加速度方向,判断出物体所受合外力的方向,然后画出平行四边形,解其中的三角形就可求得结果.
二、课堂检测
1.如图所示,悬挂于小车里的小球偏离竖直方向θ角,则小车可能的运动情况是( )
A.向右加速运动 B.向右减速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动
2、如图所示, m =4kg的小球挂在小车后壁上,细线与竖直方向成37°角。求:
(1)小车以a=g向右加速;
(2)小车以a=g向右减速时,细线对小球的拉力F1和后壁对小球的压力F2各多大?
三、课后检测
1、一斜面AB长为10m,倾角为30°,一质量为2kg的小物体(大小不计)从斜面顶端A点由静止开始下滑,如图所示(g取10 m/s2)
(1)若斜面与物体间的动摩擦因数为0.5,求小物体下滑到斜面底端B点时的速度及所用时间.
(2)若给小物体一个沿斜面向下的初速度,恰能沿斜面匀速下滑,则小物体与斜面间的动摩擦因数μ是多少?
二、课堂检测答案1.AD F1的大小可以用平行四边形定则求出:F1=50N,可见向右加速时F1的大小与a无关;F2可在水平方向上用牛顿第二定律列方程:F2-0.75G =ma计算得F2=70N。可以看出F2将随a的增大而增大。(这种情况下用平行四边形定则比用正交分解法简单。)
(2)必须注意到:向右减速时,F2有可能减为零,这时小球将离开后壁而“飞”起来。这时细线跟竖直方向的夹角会改变,因此F1
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