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第6章 力的分解

【教学目标】

一、知识目标

1能够运用力的平行四边形定则求解一个已知力的分力;2.会用三角形法则求解力的分解。

二、能力目标

1.熟练掌握物体的受力分析;

2.能够根据力的作用效果进行分解。

三、情感目标

培养分析观察能力、物理思维能力和科学的研究态度。

【教学建议】

重点难点分析

力的分解是力的合成的逆运算,是根据力的作用效果,由力的平行四边形定则将一个已知力进行分解,所以平行四边形定则依然是本节的重点,而三角形法则是在平行四边形定则的基础上得到的。熟练应用矢量的运算方法并能解决实际问题是本节的难点。

【教法建议】

一、关于力的分解的教材分析和教法建议

力的分解是力的合成的逆运算,是求一个已知力的两个分力。在对已知力进行分解时对,两个分力的方向的确定是根据力的作用效果进行的。在前一节力的合成学习的基础上,学生对于运算规律的掌握会比较迅速,而难点是对于如何根据力的效果去分解力,课本上列举两种情况进行分析,一个是水平面上物体受到斜向拉力的分解,一个是斜面上物体所受的重力的分解,具有典型范例作用,教师在讲解时注意从以下方面详细分析:1.对合力特征的描述,关于重力以及地面对物体的弹力、摩擦力可以暂时不必讨论,以免分散学生的注意力。

2.合力产生的分力效果,可以让学生从日常现象入手(如上图所示)。由于物体的重力,产生了两个力的效果,一是橡皮筋被拉伸,一是木杆压靠在墙面上,教师可以让学生利用铅笔、橡皮筋,用手代替墙面体会一下铅笔重力的两个分力。

3.分力大小计算书写要规范。在计算时可以提前向学生讲述一些正弦和余弦的知识。

二、关于力的正交分解的教法建议

力的正交分解是一种比较简便的求解合力的方法,它实际上是利用了力的分解的原理把力都分解到两个互相垂直的方向上,然后就变成了在同一直线上的力的合成的问题了,使计算变得简单。由于学生在初中阶段未接触到有关映射的概念,所以教师在讲解该部分内容时,首先从直角分解入手,尤其在分析斜面上静止物体的受力平衡问题时,粗略介绍正交分解的概念就可以了。

【教学设计示例】

一、引入

1.问题一:什么是分力?什么是力的合成?力的合成遵循什么定则?

2.问题二:力产生的效果是什么?

教师总结:如果几个力产生的效果跟原来的一个力产生的效果相同,这几个力就叫做原来那个力的分力。求几个力的合力叫做力的合成;力的合成遵循力的平行四边形定则。反之,求一个已知力的分力叫做力的分解。

引出课程内容。

二、授课过程

1.力的分解是力的合成的逆运算,也遵循力的平行四边形定则。

教师讲解:力的分解是力的合成的逆过程,所以平行四边形法则同样适用于力的分解。如果没有其他限制,对于同一条对角线,可以作出无数个不同的平行四边形。这就是说一个已知的力可以分解成无数对不同的共点力,而不像力的合成那样,一对已知力的合成只有一个确定的结果。一个力究竟该怎样分解呢?(停顿)尽管力的分解没有确定的结果,但在解决具体的物理问题时,一般都按力的作用效果来分解。

2.力的分解按照力的作用效果来分解。

例题1:放在水平面上的物体受到一个斜向上的拉力F的作用,该力与水平方向夹角为θ,这个力产生两个效果:水平向前拉物体,同时竖直向上提物体,因此力F可以分解为沿水平方向的分力F1和沿着竖直方向的分力F2,力F1和力F2的大小为:

F1=Fcosθ

F2=Fsinθ

例题2:放在斜面上的物体,常把它所受的重力分解为平行于斜面的分量F1和垂直于斜面的分量F2(如图),F1使物体下滑(故有时称为“下滑力”),F2使物体压紧斜面。

3.力的分解练习(学生实验):

(1)学生实验一:观察图示,分析F力的作用效果,学生可以利用手边的工具(橡皮筋、铅笔、细绳、橡皮、三角板),按图组装仪器,分组讨论力产生的效果,并作出F力(细绳对铅笔的拉力)的分解示意图。

实验过程:将橡皮筋套在中指上,将铅笔与橡皮筋连接,铅笔尖端卡在手心处,体会一下铅笔的重力产生的效果,在铅笔上挂接上橡皮,思考拉力F产生的效果。

教师总结并分析:图中重物拉铅笔的力F常被分解成F1和F2,F1压缩铅笔,F2拉伸橡皮筋。

(2)学生实验二:观察图示,分析F力的作用效果,用橡皮筋和铅笔重复实验,对比结论是否正确。

教师总结并分析:图中重物拉铅笔的力F分解成F1和F2,F1压缩铅笔,F2拉伸橡皮筋。

尽管力的分解没有确定的结果,但在解决具体的物理问题时,一般都按力的作用效果来分解。

【习题精选】

一、选择题

1.在力的分解中,有唯一解的条件是

A、已知两个分力的方向

B、已知两个分力的大小

C、已知一个分力的大小和方向

D、已知一个分力的大小,另一个分力的方向2.已知力的大小为8N,将此力可分解成如下

A、3N,3NB、6N,6N

C、100N,100ND、400N,400N

3.物体在斜面上保持静止状态,下列说法中错误的是

A、重力可分解为沿斜面向下的力与对斜面的压力

B、重力沿斜面向下的分力与斜面对物体的静摩擦力是一对平衡力

C、物体对斜面的压力与外面对物体的支持力是一对平衡力

D、重力垂直于斜面方向的分力与斜面对物体的支持力是一对平衡力

二、填空题

1.力的分解是力的合成逆运算,也遵循定则,具体做法是把已知力作为,与已知力共点的就是这个已知力的两个分力。

三、计算题

1.质量为10kg的物体放在倾角为30°的斜面上。用图示法求出重力沿斜面和垂直于斜面的两个分力(g=10N/kg)。

2.将一个F=20N的力分解成两个力,其中一个分力与它成θ=30°,另一个分力的大小为15N,试用作图法求出分力的大小。

3.轻杆通过细绳和铰链固定在竖直的墙上,如图所示,细绳与墙间的夹角θ=45°,轻杆保持水平,若在P端挂上10N重的电灯,试求细绳所受的拉力和轻杆所受的压力大小?

4.一条长为20m的绳子水平地固定在两竖直墙面间,在绳的中点挂一个200N的重物,绳子的中点下降了0.1m,则绳子受到的拉力是多大?

5.如图,顶角为62°的等腰劈,现用力F=100N作用于劈背上将物体劈开,求F的分力的大小?

6.如图,电灯的重力G=10N,AO绳与顶板间夹角为45°,BO绳水平,则AO绳所受的拉力F1、BO绳所受的拉力F2分别是多大?

7.如图,一个半径为r,重为G的圆球,被长度为r的细绳挂在竖直、光滑的墙上,则绳子的张力F和墙壁的弹力FN分别是多大?

答案:

一、选择题

1.ABC2、BCD3、AC

二、填空题

平行四边形;对角线作平行四边形;平行四边形的两条邻边

三、计算题

1.50N;503

2.略3、102;10N4、104N

5.F1=F2=100N

6.102;7、233G;33G

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