专题：力的正交分解法讲解+训练

高一物理 孙飞

专题：力的正交分解法

1、定义：把力沿着两个选定的互相垂直的方向分解，叫做力的正交分解法。

说明：正交分解法是一种很有用的方法，尤其适于物体受三个或三个以上的共点力作用的情怳。

2、正交分解的原理

一条直线上的两个或两个以上的力，其合力可由代数运算求得。当物体受到多个力的作用，并且这几个力只共面不共线时，其合力用平行四边形定则求解很不方便。为此，我们建立一个直角坐标系，先将各力正交分解在两条互相垂直的坐标轴上，求x、y轴上的合力Fx, Fy

Fx=FX1+FX2+FX3+、、、 FY=FY1+FY2+FY3+、、、

④最后求Fx和Fy的合力F 大小 ：

方向（与Y方向的夹角）：

22分别求出两个不同方向上的合力Fx和Fy，然后就可以由F合=Fx?Fy，求合力了。

说明：“分”的目的是为了更方便的“合”

正交分解与常规力的分解的区别：正交分解与力的分解不同的是不是按照力的作用效果分解，而是把力分解成相互垂直的两个分力，任然按照平行四边形定则分解。

基本思想：等效替代。 正交分解法的步骤：

（1）以力的作用点为原点作直角坐标系，标出x轴和y轴，如果这时物体处于平衡状态，则两轴的方向可根据方便自己选择。

（2）将与坐标轴不重合的力分解成x轴方向和y轴方向的两个分力，并在图上标明，用符号Fx和Fy表示。

（3）在图上标出力与x轴或力与y轴的夹角，然后列出Fx、Fy的数学表达式。如：F与x轴夹角为θ，则Fx=Fcosθ，Fy=Fsinθ。与两轴重合的力就不需要分解了。

（4）列出x轴方向上的各分力的合力和y轴方向上的各分力的合力的两个方程，然后再求解。

例1 三个力共同作用在O点，如图6所示，F1、F2与F3之间的夹角均为600，求合力。

解析：此题用正交分解法既准确又简便，以O点为原点，F1为x轴建立直角坐标； （1）分别把各个力分解到两个坐标轴上，如图7所示：

F3

F2

F1x?F1;F1y?0

F2x?F2cos60o;F2y?F2sin600

图6

1

F1

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F3x??F3cos600;F3y?F3sin600

（2）然后分别求出 x轴和y轴上的合力

F3 y F3y F2y F2 FX合?F1X?F2X?F3X?F1?F2cos600-F3cos600?F Fy合?F1y?F2y?F3y?0?F2sin600?F3sin600?3F （3）求出Fx和Fy的合力既是所求的三个力的合力如图8所示。

2F合?Fx2?F合y合?2F

F3X O F2X 图7 F1 X

y FY F Ftg??X合?3；既??600，则合力与F1的夹角为600

FY合

运用正交分解法解题时，x轴和y轴方向的选取要根据题目给出的条件合理选取，即让受力物体受到的各外力尽可能的与坐标轴重合，这样方便解题 。

O FX 图8

x 运用正交分解法解平衡问题时，根据平衡条件F合＝0，应有ΣFx＝0，ΣFy＝0，这是解平衡问题的必要和充分条件，由此方程组可求出两个未知数。

例2 重100N光滑匀质球静止在倾角为37o的斜面和与斜面垂直的挡板间， 求斜面和挡板对球的支持力F1， F2。 解：选定如图3所示的坐标系，重球受力如图3所示。由于球静止，所

以有：

?F1?Gcos37??0 ?F?Gsin37??0?2 y F1 x F2 G 37° ∴F1?Gcos37??100?0.8N?80N

F2?Gsin37??100?0.6N?60N 图3

例3、如图所示，用绳AC和BC吊起一个重100N的物体，两绳AC、BC与竖直方向的夹角分别为30°和45°。求：绳AC和BC对物体的拉力的大小。 解：此题可以用平行四边形定则求解，但因其夹角不是特殊角，计算麻烦，如果改用正交分解法计算简便得多。先以C为原点作直角坐标系，设x轴水平，y轴竖直，在图上标出FAC和在x轴和y轴上的分力。即：

FACx=________________； FACy=________________

FBCx=________________；FBCy=________________

在x轴上，FACx FBCx大小相等，即________________（1）

2

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在y轴上，FACy与FBCy的合力与重力相等 即________________（2） 解（1）（2）得绳BC的拉力 FBC=________________

绳AC的拉力FAC=________________

巩固练习

1．如图5所示：三个共点力，F1=5N，F2=10N，F3=15N，θ=60°，它们

的合力的x轴方向的分量Fx为 ________N，y轴方向的分量Fy为 N，合力的大小为 N，合力方向与x轴正方向夹角为 。

2. (8分)如图6所示，θ＝370，sin370＝0.6，cos370＝0.8。箱子重G＝200N，箱子与地面的

动摩擦因数μ＝0.30。要匀速拉动箱子，拉力F为多大？

3.（8分）如图，位于水平地面上的质量为M的小木块，在大小为F、方向与水平方向成a角的拉力作用下沿地面作匀速直线运动。求： （1） 地面对物体的支持力？ （2） 木块与地面之间的动摩擦因数？

4．（6分）如图10所示，在倾角为α=37°的斜面上有一块竖直放置的档板，在档板和斜面之间放一个重力G=20N的光滑球，把球的重力沿垂直于斜面和垂直于档板的方向分解为力F1和F2，求这两个分力F1和F2的大小。

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5．(6分)长为20cm的轻绳BC两端固定在天花板上，在中点系上一重60N的重物，如图10所示：

（1）当BC的距离为10cm时，AB段绳上的拉力为多少?

（2）当BC的距离为102cm时．AB段绳上的拉力为多少?

6.如图所示重20N的物体在斜面上匀速下滑，斜面的倾角为37°，求： （1）物体与斜面间的动摩擦因数。

（2）要使物体沿斜面向上匀速运动，应沿斜面向上施加一个多大的推力？

（sin37°=0.6, cos37°=0.8 ）

7.如图所示，物体A质量为2kg，与斜面间摩擦因数为0.4若要使A在斜面上静止，物体B质量的最大值和最小值是多少？

图10

4

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/e715.html