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高考物理一轮复习全突破考点06正交分解法的应用(含解析)-人教版高三全册物理试题.docx


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把握建立直角坐标系坐标轴的方法
能分析两个坐标轴上的力学关系,并能列出相应的力学方程
能娴熟运用正交分解法分析力的方向〔相对运动趋势〕、计算力的大小。
正交分解法是高中物理中矢量运算的重要工具,在力学和运动学中由广泛的应用。在力学中,是在作好受 力示意图的根底上,列出力学关系的方程式,进展定量计算的重要环节。由于高中阶段涉与的物理量多数 是矢量,假设不能把握这种方法,将会在物理学习过程中造成极大的障碍。娴熟把握正交分解法,应留意 以下几点:
如何建立科学合理的直角坐标系?
x、y 轴上对应力学关系的方程式是什么?
正交分解法的应用有哪些?
〔一〕建立直角坐标系的方法
在高中物理中,多数物体受到的力都是共点力,且都落在同一个平面内,在三维空间中的较少,建立的坐 标系时有以下要求:
以各个力所在的平面为坐标平面
以争论对象的质心为坐标原点
建立坐标轴
〔1〕在静力学中,应以少分解力为原如此建立x、y 轴
〔2〕做直线〔沿水平面、斜面、直杆〕运动的物体,应以运动方向和垂直于运动方向建立坐标轴
〔3〕在圆周运动中,以径向和垂直于径向建立坐标轴
〔二〕列出力学关系的方程式
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在分析x、y 轴上的力学关系时,应结合物体的运动状态
假设为平衡状态,如此全部的力在 x 轴上的合力为 0,全部的力在 y 轴上的合力也为 0,即:ΣF =0,ΣF =0
X y
在直线运动中假设为非平衡状态,假设是以运动方向为x 轴、垂直于运动方向为y 轴,如此全部的力在x
轴上的合力为ma,全部的力在y 轴上的合力为 0,即:ΣF =ma,ΣF =0
X y
〔三〕正交分解法在力学中的应用
分析相对运动趋势:以接触面和垂直于接触面建立直角坐标系,分析物体在平行于接触面上的除去摩擦力以外的其他力的合力方向,该力方向即为物体的运动趋势方向。
求静摩擦力的大小:利用物体在平行于接触面上的力学关系方程式求解
求支持力〔正压力〕的大小:利用物体在垂直于接触面上的力学关系方程式求解
求滑动摩擦力的大小
滑动摩擦力的计算方法有两种,为:
〔1〕利用接触面上的坐标轴上的力学关系方程进展计算;
〔2〕先利用垂直于接触面上坐标轴上的力学方程求出F ,再利用f =μF
进展计算
N 滑 N
求合力的大小
求向心力的大小
题 组 1 直角坐标系的建立
例 1.〔2025·原创经典〕如下两幅图中,图 1 为物体P 在光滑斜面上做类平抛运动,图2 为火车转弯时的模型图,两幅图中关于如何建立直角坐标系,说法正确的答案是


θ
图 1 图 2
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在图 1 中,假设要分析物体所受的合力,应以P 点为坐标原点,以平行于斜面对下和水平向右为坐标轴
在图 1 中,假设要分析物体的运动规律,应以P 点为坐标原点,以平行于斜面对下和水平向右为坐标轴
图 2 分析向心力时,应以火车质心为坐标原点,以平行于路面和垂直于路面建立坐标系D.图中分析向心力时,应以火车质心为坐标原点,以水平向右和竖直方向建立坐标系
【答案】BD
【解析】此题考察正交分解法坐标轴的建立
由于图 1 中物体所受的重力与支持力在竖直平面内,进展受力分析时,对应的直角坐标系应在竖直平面内, 应以物体质心为坐标原点,以沿斜面对下和垂直于斜面建立直角坐标系,A 错;进展运动状况的分析时,由于物体运动轨迹在斜面内,对应的直角坐标系也应在斜面内,结合合力的方向,以平行于斜面对下和水平 向右为坐标轴,B 对;火车转弯时,所受的力在竖直平面,所以对应坐标系也应在竖直平面内,且应以径向和垂直于径向建立坐标系,即以水平向右和竖直方向建立坐标系,D 对,C 错。
题 组 2 坐标轴上的力学关系方程
例 2〔平衡状态〕.〔2025·浙江省嘉兴市高三一模改编〕如图为直升机拖曳扫雷具扫除水雷的演方向匀速飞行,扫雷具的质量为 m=20kg,当绳子与竖直方向夹角为 θ=37° 时,通过力传感器测得的细绳的拉力T=150N,如此水对扫雷具的浮力F 和阻力f 大小为多少?
A.μ= B.μ= C.μ= D.μ=
【答案】f=90N,F 浮=80N
【解析】此题考察正交分解法在解决平衡问题中应用
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F
T
f
G
该物体的受力示意图如图,并建立如以下图所示的直角坐标系,由题意,物体处于平衡状态,在 x 轴:Tsin37°
-f=0
y 轴:Tcos37°+F 浮-mg=0 解得 f=90N,F 浮=80N
A
B
θ
例 3〔非平衡状态〕.〔2025·原创经典〕如以下图,在倾角 θ=37°的斜面上放置一个质量m= 的木块A,斜面右侧木块B 的质量m=,AB 通过轻质细绳绕过光滑定滑轮相连,图中木块A 正以 2m/s2 的加速度沿斜面加速向上运动,如此斜面的动摩擦因素μ 为多少?
【答案】μ=
【解析】此题考察正交分解法在非平衡问题中应用对于木块B:mg-T=ma,解得T=12N
对木块A,其受力示意图如下
y
FN
x
T
f
G
在 y 轴:F =mgcos37°
N
在 x 轴:T-mgsin37°-μmgcos37°=ma 解得μ=
变式训练.〔2025·浙江省东阳中学高一月考改编〕装修工人在贴墙纸前,要先将墙面抛光。如以下图,现
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用与墙面成 53°角斜向上的推力作用在抛光物上,使其,抛光物的质量m=2kg,抛光物与墙面的动摩擦因素 μ=,求:
〔1〕推力F 的大小
〔2〕假设物体向上加速运动,加速度的大小a=2m/s2,如此推力F 的大小又为多少
【答案】μ=
【解析】此题考察正交分解法的应用
〔1〕抛光物的受力示意图如下:
y F
FN x
G
f
在 x 轴:F =Fcos37°
N
在 y 轴:Fsin37°-mg-μFcos37°=0 解得 F=100N
〔2〕假设a=2m/s2,如此在y 轴:Fsin37°-mg-μFcos37°=ma,解得F=120N
专题训练 6 正交分解法的应用
请你依据如下各图,算出物体所受支持力F 的大小。〔如以下图中木块质量均为m,夹角均为θ〕
N
F
θ
F θ
F
θ θ
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【答案】〔1〕F =mg;〔2〕F =mg-Fsinθ;〔3〕F =mg+Fsinθ;〔4〕F =mgcosθ;〔5〕F =mgcosθ+Fsinθ
N N N N N
如以下图:F =5 N,F = 25N,F =15 N,G=5N,θ=37°。其中重力G 在x 轴上的分力为N,G 在 y 轴上
1 2 3
x
的分力为N;这四个力x 轴方向上的分力的合力F 为 N,在y 轴方向的分力的合力F 为 N,总的合
y
力的大小为N,合力方向与x 轴正方向夹角为。
y
F2
F1 x
F3
G
【答案】0N;5N;;10N;10N; 10 2 N ;45°
如以下图,质量为M 的小英坐在质量为m 的雪橇上,狗拉着雪橇沿水平地面从静止开头向左移动了一段距离,假定狗对雪橇的拉力恒为F 且与水平方向成θ 角。雪橇与雪地间的动摩擦因数为μ,如此如下说法正确的答案是〔 〕
雪橇对小英的作用力大小大于Mg B.雪橇受到的摩擦力f=μ〔M+m〕g C.雪橇受到的摩擦力f=Fcosθ D.地面对雪橇的支持力F = mg - Fsinq
N
【答案】A
【解析】此题考察正交分解法的应用
雪橇对小英有支持力和摩擦力的作用,两个力的合力大于Mg,A 对; 雪橇的受力示意图如下:
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FN
T
f
F

G
在 y 轴:F +Fsinθ-〔M+m〕g=0,所以F =〔M+m〕g-Fsinθ,f=μ[〔M+m〕g-Fsinθ]g,B 错,D 错;
N N
在 x 轴:Fcosθ-f=ma,所以 Fcosθ=f+ma,C 错;
如以下图,在倾角为θ=37°的斜面上,一个质量为m= 的物体在水平推力 F=50N 作用下匀速上滑,g 取 10m/s2,如此物体于斜面之间的动摩擦因数为〔 〕
A.μ= B.μ= C.μ= D.μ=
【答案】 C
【解析】此题考察正交分解法在解决平衡问题中应用
该物体的受力示意图如图,并建立如以下图所示的直角坐标系,由于物体匀速上滑,所以物体在x、y 轴上的力学关系为:
y
FN x
F
f
G
y 轴:F -mgcos37°-Fsin37°=0
N
x 轴:Fcos37°-mgsin37°-μF =0
N
两式联立,可求得μ=,所以选C
传送带与水平面夹角为 37°,传送带以肯定的速率沿顺时针方向转动,
在传送带上端A 处无初速度地放上一个质量为m=2kg 的小物块,,g 取
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10m/s2,如此开头时物块的加速度为〔 〕



【答案】 B
【解析】此题考察正交分解法的应用该物体的受力示意图如图
FN y
f
G x
y 轴:F -mgcos37°=0
N
x 轴:mgsin37°-μmgcos37°=ma 解得 a=8m/s2,选B
〔2025·原创经典〕如以下图,一个质量为m,电量为 q 的带电小球 A 用细线系在倾角为θ 的光滑斜面上,在与A 球球心等高B 处固定有一个电量为Q 的带异种电荷小球B,AB 相距L,求A 球受到的拉力和支持力的大小为多少?
A B
【答案】 T=K cosθ/L2+mgsinθ;F =mgcosθ-K /cosθL2
N
【解析】此题考察正交分解法的应用
该物体的受力示意图如图,F =K /L2

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y
T FN
F

G x
x 轴:F cosθ+mgsinθ-T=0

y 轴::F cosθ+F -mgcosθ=0
库 N
解得 T=K cosθ/L2+mgsinθ;F =mgcosθ-K /cosθL2
N
如以下图,楼梯口一倾斜的天花板与水平面成θ=37°,一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板,工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上,大小为F=10 N,刷子的质量为m= kg,刷子可视为质点,,天花板长为L=4 m,取sin 37°=,试求:
刷子沿天花板向上运动的加速度大小;
工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间
【答案】
【解析】此题考察正交分解法的应用
〔1〕该物体的受力示意图如图
F
x
f FN
G y
y 轴:〔F-mg〕cosθ-F =0
N
y 轴:〔F-mg〕sinθ-μ〔F-mg〕cosθ=ma 解得 a=2m/s2
〔2〕由x=v t+at2/2 解得t=2s
0
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