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力学第二讲典型例题:力的合成与分解

balukai 2025-04-30 15:15:43 文章精选 1 ℃

(适用知识点:合力与分力、平行四边形定则、斜面受力分析、牛顿第二定律)

例题 1:基础题 —— 共点力的合成

题目

一个物体同时受到水平向右的拉力 F=6N 和水平向左的拉力 F=4N,求这两个力的合力大小和方向。

讲解

  1. 考点定位:共点力的合成,同一直线上力的合成规则。
  2. 解题思路:两力在同一直线上且方向相反,合力大小为两力差值,方向与较大的力一致。合力 F 合 = F-F=6N-4N=2N,方向与 F相同(水平向右)。
  3. 易错点:同一直线上的力合成需先判断方向(同向相加、反向相减),不可直接叠加数值。合力方向由较大的力决定,而非随意设定。

总结

  • 核心规则:同一直线力合成,方向相同则 F 合 = F+F,方向相反则 F 合 =|F-F|,方向与较大力一致。
  • 关键步骤:明确力的方向关系,再进行代数运算(同向加、反向减)。

例题 2:中等题 —— 斜面受力分解与平衡

题目

质量 m=5kg 的物块静止在倾角 θ=30° 的斜面上,求物块受到的摩擦力和斜面的支持力大小(g=10N/kg)。

讲解

  1. 考点定位:力的分解,物体平衡条件(合力为零),斜面问题处理方法。
  2. 解题步骤重力分解:将重力 mg 分解为沿斜面向下的分力 G=mg sinθ 和垂直斜面向下的分力 G=mg cosθ。摩擦力计算:物块静止,沿斜面方向合力为零,静摩擦力 f=G=5×10×sin30°=25N(方向沿斜面向上)。支持力计算:垂直斜面方向合力为零,支持力 N=G=5×10×cos30°≈43.3N(方向垂直斜面向上)。
  3. 易错点:力的分解方向错误(应沿斜面和垂直斜面分解,而非水平竖直方向)。支持力不等于重力,而是重力垂直斜面的分力(N=mg cosθ)。

总结

  • 核心方法:斜面问题中,重力分解为沿斜面(G=mg sinθ)和垂直斜面(G=mg cosθ)的分力。
  • 平衡条件:静止时,静摩擦力 f=G,支持力 N=G,二者与重力分力等大反向。

例题 3:较难题 —— 牛顿第二定律与力的合成

题目

质量 m=2kg 的物块在水平拉力 F=10N 作用下,沿水平面做匀加速直线运动,动摩擦系数 μ=0.2,求物块的加速度大小(g=10N/kg)。

讲解

  1. 考点定位:牛顿第二定律(F 合 = ma),滑动摩擦力计算,受力分析步骤。
  2. 解题步骤竖直方向:重力 mg=20N,支持力 N=mg=20N(竖直方向合力为零)。水平方向:拉力 F=10N,滑动摩擦力 f=μN=0.2×20=4N(方向与运动相反)。合外力:水平合力 F 合 = F-f=10N-4N=6N(方向向右)。加速度:由 F 合 = ma 得 a=F 合 /m=6N/2kg=3m/s^2。
  3. 易错点:忽略滑动摩擦力方向(与物体相对运动方向相反)。计算合外力时未正确减去摩擦力,导致加速度计算错误。

总结

  • 核心公式:牛顿第二定律 a=F 合 /m,其中 F 合为物体所受合外力(矢量和)。
  • 解题流程:受力分析(重力、支持力、拉力、摩擦力);求各方向合力(竖直平衡,水平求合);代入公式计算加速度(a=F 合 /m)。
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