专题：力的正交分解法讲解 训练.doc

高一物理孙飞
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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）：

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=，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。

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。

图6
F1
F2
F3
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：

（2）然后分别求出x轴和y轴上的合力
F1
F2X
F2
F3
F3X
F2y
F3y
O
X
y
图7
（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。
x
y
F
FX
FY
O
图8

，则合力与F1的夹角为600

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。
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。

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：

∴
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，FACxFBCx大小相等，即________________（1）
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：
地面对物体的支持力？
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。

5．(6分)长为20cm的轻绳BC