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力的合成与分解综合复习
人教版(2019)必修第一册
一、力的特点
1.定义:物体与物体之间的相互作用
2.单位:牛顿,简称牛,符号→
3.矢量:既有大小,又有方向,满足平行四边形法则或三角形法则
力的作用效果:
1.改变物体的运动状态
2.使物体发生形变
二、力的合成
1.合力与分力的关系
合力与分力
等效性
同体性
瞬时性
合力与分力的作用效果相同,形成等效替代的关系
作用的研究对象一致
合力与分力同生、同灭、同变
一、力的特点
2.准确的受力分析应注意以下两点:
1.受力分析遵循严谨的逻辑顺序
★弹力和摩擦力均在接触面上产生,按照接触面分析弹力和摩擦力更加符合逻辑
2.受力分析准确完整
作用点明确
箭头明确指示力的方向
每个力的符号清楚明确
二、力的合成
3.平行四边形法则或三角形法则
共点发出的力遵循平行四边形法则
首尾相接的力遵循三角形法则
二、力的合成
3.平行四边形法则或三角形法则
合力大小确定,两分力张角越大,分力越大;两分力张角越小,分力越小
分力大小确定,两分力张角越大,合力越小;两分力张角越小,合力越大
两个力合成时,合力大小的范围满足:
多个力合成时,先共线合成,再两两合成即可
三、力的合成
三、力的合成
★重要的几何关系需要着重记忆和掌握
二、力的合成
【练习1】在力的合成中,下列关于两个分力与它们的合力关系的说法中,正确的是( )
A.合力一定大于每一个分力
B.合力一定小于每一个分力
C.两个分力大小不变,夹角在0°~180°之间变化时,夹角越大合力越小
D.两个分力大小不变,夹角在0°~180°之间变化时,夹角越大合力越大
【答案】C
【解析】
当两个力方向相同时,合力等于两分力之和,合力大于每一个分力;当两个分力方向相反时,合力等于两个分力之差,合力小于分力,由此可见:合力可能大于分力,也有可能小于分力,故AB错误;当夹角0°<θ<180°时,根据平行四边形法则可知随着θ增大而减小,故C正确,D错误。
二、力的合成
【练习2】如图所示,表示五个共点力的有向线段恰分别构成正六边形的两条邻边和三条对角线。已知F1=10
N,则这五个共点力的合力大小为( )
A.0
B.30
N
C.60
N
D.90
N
【答案】C
【解析】
先把F1、F4合成,则F14=F3;
再把F2、F5合成,则F25=F3,由几何关系可知
F3=2F1=20
N
所以
F合=3F3=60N
二、力的合成
【练习3】如图所示,在同一平面内,大小分别为1N、2N、3N、4N、5N、6N的六个力共同作用于一点,其合力大小为( )
A.0
B.1N
C.2N
D.3N
【答案】A
【解析】
先求张角为120°的两个的合力,分别求1N和4N、2N和5N、3N和6N的合力,大小都为3N,且三个合力互成120°角,如图所示
根据平行四边形定则知,图中三个力的合力为零,即题中所给六个力的合力为零,故A正确,BCD错误。
二、力的合成
【例2:应用拓展】菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,刀刃前部的顶角小,后部的顶角大(如图所示),他先后做出过几个猜想,其中合理的是( )
A.刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了外形美观,跟使用功能无关
B.在刀背上加上同样的力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关
C.在刀背上加上同样的压力时,顶角越大,分开其他物体的力越大
D.在刀背上加上同样的压力时,顶角越小,分开其他物体的力越大
【答案】D
【解析】
把刀刃部分抽象后,可简化成一个等腰三角劈,设顶角为2θ,背宽为d,侧面长为l,如图乙所示
二、力的合成
【例2:应用拓展】菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,刀刃前部的顶角小,后部的顶角大(如图所示),他先后做出过几个猜想,其中合理的是( )
A.刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了外形美观,跟使用功能无关
B.在刀背上加上同样的力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关
C.在刀背上加上同样的压力时,顶角越大,分开其他物体的力越大
D.在刀背上加上同样的压力时,顶角越小,分开其他物体的力越大
【答案】D
当在劈背施加压力F后,产生垂直侧面的两个分力F1、F2,使用中依靠着这两个分力分开被加工的其他物体。由对称性知,这两个分力大小相等(F1=F2),因此画出力分解的平行四边形,实为菱形,如图丙所示,
二、力的合成
【例2:应用拓展】菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,刀刃前部的顶角小,后部的顶角大(如图所示),他先后做出过几个猜想,其中合理的是( )
A.刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了外形美观,跟使用功能无关
B.在刀背上加上同样的力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关
C.在刀背上加上同样的压力时,顶角越大,分开其他物体的力越大
D.在刀背上加上同样的压力时,顶角越小,分开其他物体的力越大
【答案】D
在这个力的平行四边形中,取其四分之一考虑(图中阴影部分),根据它跟半个劈的直角三角形的相似关系,由关系式,得F1=F2;由此可见,刀背上加上一定的压力F时,侧面分开其他物体的力跟顶角的大小有关,顶角越小,sinθ的值越小,F1和F2越大;
二、力的合成
【例2:应用拓展】菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,刀刃前部的顶角小,后部的顶角大(如图所示),他先后做出过几个猜想,其中合理的是( )
A.刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了外形美观,跟使用功能无关
B.在刀背上加上同样的力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关
C.在刀背上加上同样的压力时,顶角越大,分开其他物体的力越大
D.在刀背上加上同样的压力时,顶角越小,分开其他物体的力越大
【答案】D
但是,刀刃的顶角越小时,刀刃的强度会减小,碰到较硬的物体刀刃会卷口甚至碎裂,实际制造过程中为了适应加工不同物体的需要,做成前部较薄,后部较厚.使用时,用前部切一些软的物品(如鱼、肉、蔬菜、水果等),用后部斩劈坚硬的骨头之类的物品,俗话说:“前切后劈”,指的就是这个意思,故D正确,ABC错误。
二、力的合成
【练习4】如图所示,一条小船在河中心向正东方向行驶,船上挂起一风帆,帆受侧向风作用,风力大小F1为100N,方向为东偏南30°,为了使船受到的合力恰能沿正东方向,岸上一人用一根绳子拉船,绳子取向与河岸垂直,求出风力和绳子拉力的合力大小及绳子拉力F2的大小。
【解析】
如图所示,将F1、F2按照平行四边形法则合成,可知合力F
沿正东方向
三、力的分解
1.力的分解同样也遵循平行四边形法则与三角形法则,分解力即可按照实际效果分解,也可以按照需要进行力的分解。
一个物体在外力的作用下向前运动,这个力的作用效果有哪些?
竖直分力提供向上提拉的效果
水平分力提供向前拉动的效果
根据分解可知
三、力的分解
2.正交分解
①
正交:相互垂直即为正交
②
分解:遵循平行四边形或三角形法则
一质量为的物块置于倾角为的斜面上,对物体所受重力进行合理的正交分解,并求出这两个分力的大小。
沿着斜面:垂直斜面:
三、力的分解
3.正交分解解决受力平衡的基本步骤
①
确定研究对象:单个物体、系统、结点
②
按照要求受力分析
③
建立直角坐标系:
(1)选择相互垂直的两个力为坐标轴建立
(2)尽可能使多个力落在轴上
④
在坐标系的两个方向上列平衡方程
三、力的分解
【例3】按照实际作用效果,对下图中的力进行分解。
三、力的分解
【练习5】如图所示,把光滑斜面上的物体所受重力mg分解为F1、F2两个力。图中FN为斜面对物体的支持力,则下列说法正确的是( )
A.F1是斜面作用在物体上使物体下滑的力
B.物体受到mg、FN、F1、F2共四个力的作用
C.F2是物体对斜面的压力
D.力FN、F1、F2这三个力的作用效果与mg、FN这两个力的作用效果相同
【答案】D
【解析】
F1是重力沿斜面向下的分力,其作用效果是使物体沿斜面下滑,施力物体是地球,故选项A错误;物体受到重力mg和支持力FN两个力的作用,F1、F2是重力的分力,故选项B错误;F2是重力沿垂直于斜面方向的分力,其作用效果是使物体压斜面,F2的大小等于物体对斜面的压力,但二者的受力物体不同,F2的受力物体是物体本身,物体对斜面的压力的受力物体是斜面,故选项C错误;合力的作用效果与分力共同作用的效果相同,故选项D正确。
三、力的分解
【例4】(多选)已知合力F以及一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小时,若F与F1的夹角为α,下列说法正确的是( )
A.当F2<F
sinα时,有唯一解
B.当F2=F
sinα时,无解
C.当F
sinα<F2<F时,有两解
D.当F2≥F时,有唯一解
【答案】CD
【解析】
(1)当F2<F
sinα时,无解,如图甲,故A错误;
(2)当F2=F
sinα时,有唯一解,如图乙,故B错误;
三、力的分解
【例4】(多选)已知合力F以及一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小时,若F与F1的夹角为α,下列说法正确的是( )
A.当F2<F
sinα时,有唯一解
B.当F2=F
sinα时,无解
C.当F
sinα<F2<F时,有两解
D.当F2≥F时,有唯一解
【答案】CD
【解析】
(3)当F
sinα<F2<F时,有两解,如图丙,故C正确;
(4)当F2≥F时,有唯一解,如图丁,故D正确。
三、力的分解
【练习6】如图所示,力F作用于物体的O点。现要使作用在物体上的合力沿OO′方向,需再作用一个力F1,则F1的最小值为( )
A.F1=F
sinα
B.F1=F
tanα
C.F1=F
D.F1<F
sinα
【答案】A
【解析】
根据力的三角形定则,作F1、F与合力F合的示意图,如图所示
当F1与OO′即F合垂直时,F1有最小值,其值为F1=F
sinα。
三、力的分解
【练习7】压榨机的结构示意图如图所示,其中B点为固定铰链,若在A铰链处作用一垂直于壁的力F,则由于力F的作用,使滑块C压紧物体D。设C与D光滑接触,杆的重力不计。已知AB与AC的长度相同,当BC的尺寸为200cm时,A到BC的距离为10cm。求此时物体D所受压力大小是F的多少倍?(滑块C重力不计)
【答案】5倍
【解析】
力F的作用效果是对AB、AC
两杆产生沿杆方向的压力F1、F2,如图所示
力F1的效果对C
产生水平向左的推力和竖直向下的压力N,C
对D的压力大小,如图所示
三、力的分解
【练习7】压榨机的结构示意图如图所示,其中B点为固定铰链,若在A铰链处作用一垂直于壁的力F,则由于力F的作用,使滑块C压紧物体D。设C与D光滑接触,杆的重力不计。已知AB与AC的长度相同,当BC的尺寸为200cm时,A到BC的距离为10cm。求此时物体D所受压力大小是F的多少倍?(滑块C重力不计)
【答案】5倍
【解析】
根据图中几何关系可知
则C
对D
的压力为
三、力的分解
【例5】如图所示,用绳AC和BC吊起一个重50N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对物体的拉力大小。
【解析】在节点C处进行受力分析,并按照水平方向和竖直方向建立直角坐标系,进行正交分解
在水平方向
在竖直方向
联立方程解得
三、力的分解
【练习8】如图所示,物体的质量,用与竖直方向成的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上,并使它沿墙壁在竖直方向上做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数μ=0.5,取重力加速度,sin
37°=0.6,cos
37°=0.8。
(1)画出对应的受力分析;
(2)求推力F的大小。
【答案】(1)受力分析如图
【解析】
(1)受力分析如甲(物体匀速上升),如图乙(物体匀速下降)
三、力的分解
【练习8】如图所示,物体的质量,用与竖直方向成的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上,并使它沿墙壁在竖直方向上做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数μ=0.5,取重力加速度,sin
37°=0.6,cos
37°=0.8。
(1)画出对应的受力分析;
(2)求推力F的大小。
【答案】(2)88N或40N
若物体向上做匀速直线运动,如图甲,正交分解有
三、力的分解
【练习8】如图所示,物体的质量,用与竖直方向成的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上,并使它沿墙壁在竖直方向上做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数μ=0.5,取重力加速度,sin
37°=0.6,cos
37°=0.8。
(1)画出对应的受力分析;
(2)求推力F的大小。
【答案】(2)88N或40N
若物体向下做匀速直线运动,如图乙
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力的合成与分解综合复习习题
【例1】根据力的合成法则,计算下列情况下的合力大小,其中,。
【练习1】在力的合成中,下列关于两个分力与它们的合力关系的说法中,正确的是( )
A.合力一定大于每一个分力
B.合力一定小于每一个分力
C.两个分力大小不变,夹角在0°~180°之间变化时,夹角越大合力越小
D.两个分力大小不变,夹角在0°~180°之间变化时,夹角越大合力越大
【练习2】如图所示,表示五个共点力的有向线段恰分别构成正六边形的两条邻边和三条对角线。已知F1=10
N,则这五个共点力的合力大小为( )
A.0
B.30
N
C.60
N
D.90
N
【练习3】如图所示,在同一平面内,大小分别为1N、2N、3N、4N、5N、6N的六个力共同作用于一点,其合力大小为( )
A.0
B.1N
C.2N
D.3N
【例2:应用拓展】菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,刀刃前部的顶角小,后部的顶角大(如图所示),他先后做出过几个猜想,其中合理的是( )
A.刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了外形美观,跟使用功能无关
B.在刀背上加上同样的力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关
C.在刀背上加上同样的压力时,顶角越大,分开其他物体的力越大
D.在刀背上加上同样的压力时,顶角越小,分开其他物体的力越大
【练习4】如图所示,一条小船在河中心向正东方向行驶,船上挂起一风帆,帆受侧向风作用,风力大小F1为100N,方向为东偏南30°,为了使船受到的合力恰能沿正东方向,岸上一人用一根绳子拉船,绳子取向与河岸垂直,求出风力和绳子拉力的合力大小及绳子拉力F2的大小。
【例3】按照实际作用效果,对下图中的力进行分解。
【练习5】如图所示,把光滑斜面上的物体所受重力mg分解为F1、F2两个力。图中FN为斜面对物体的支持力,则下列说法正确的是( )
A.F1是斜面作用在物体上使物体下滑的力
B.物体受到mg、FN、F1、F2共四个力的作用
C.F2是物体对斜面的压力
D.力FN、F1、F2这三个力的作用效果与mg、FN这两个力的作用效果相同
【例4】(多选)已知合力F以及一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小时,若F与F1的夹角为α,下列说法正确的是( )
A.当F2<F
sinα时,有唯一解
B.当F2=F
sinα时,无解
C.当F
sinα<F2<F时,有两解
D.当F2≥F时,有唯一解
【练习6】如图所示,力F作用于物体的O点。现要使作用在物体上的合力沿OO′方向,需再作用一个力F1,则F1的最小值为( )
A.F1=F
sinα
B.F1=F
tanα
C.F1=F
D.F1<F
sinα
【练习7】压榨机的结构示意图如图所示,其中B点为固定铰链,若在A铰链处作用一垂直于壁的力F,则由于力F的作用,使滑块C压紧物体D。设C与D光滑接触,杆的重力不计。已知AB与AC的长度相同,当BC的尺寸为200cm时,A到BC的距离为10cm。求此时物体D所受压力大小是F的多少倍?(滑块C重力不计)
【例5】如图所示,用绳AC和BC吊起一个重50N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对物体的拉力大小。
【练习8】如图所示,物体的质量,用与竖直方向成的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上,并使它沿墙壁在竖直方向上做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数μ=0.5,取重力加速度,sin
37°=0.6,cos
37°=0.8。
(1)画出对应的受力分析;
(2)求推力F的大小。
力的合成与分解综合复习习题
【例1】根据力的合成法则,计算下列情况下的合力大小,其中,。
【答案】见解析
【练习1】在力的合成中,下列关于两个分力与它们的合力关系的说法中,正确的是( )
A.合力一定大于每一个分力
B.合力一定小于每一个分力
C.两个分力大小不变,夹角在0°~180°之间变化时,夹角越大合力越小
D.两个分力大小不变,夹角在0°~180°之间变化时,夹角越大合力越大
【答案】C
【解析】
当两个力方向相同时,合力等于两分力之和,合力大于每一个分力;当两个分力方向相反时,合力等于两个分力之差,合力小于分力,由此可见:合力可能大于分力,也有可能小于分力,故A、B错误;当夹角0°<θ<180°时,根据平行四边形法则可知随着θ增大而减小,故C正确,D错误。
【练习2】如图所示,表示五个共点力的有向线段恰分别构成正六边形的两条邻边和三条对角线。已知F1=10
N,则这五个共点力的合力大小为( )
A.0
B.30
N
C.60
N
D.90
N
【答案】C
【解析】
先把F1、F4合成,则F14=F3,再把F2、F5合成,则F25=F3,由几何关系可知F3=2F1=20
N,所以F合=3F3=60N。
【练习3】如图所示,在同一平面内,大小分别为1N、2N、3N、4N、5N、6N的六个力共同作用于一点,其合力大小为( )
A.0
B.1N
C.2N
D.3N
【答案】A
【解析】
先求张角为120°的两个的合力,分别求1N和4N、2N和5N、3N和6N的合力,大小都为3N,且三个合力互成120°角,如图所示
根据平行四边形定则知,图中三个力的合力为零,即题中所给六个力的合力为零,故A正确,BCD错误。
【例2:应用拓展】菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,刀刃前部的顶角小,后部的顶角大(如图所示),他先后做出过几个猜想,其中合理的是( )
A.刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了外形美观,跟使用功能无关
B.在刀背上加上同样的力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关
C.在刀背上加上同样的压力时,顶角越大,分开其他物体的力越大
D.在刀背上加上同样的压力时,顶角越小,分开其他物体的力越大
【答案】D
【解析】
把刀刃部分抽象后,可简化成一个等腰三角劈,设顶角为2θ,背宽为d,侧面长为l,如图乙所示
当在劈背施加压力F后,产生垂直侧面的两个分力F1、F2,使用中依靠着这两个分力分开被加工的其他物体。由对称性知,这两个分力大小相等(F1=F2),因此画出力分解的平行四边形,实为菱形,如图丙所示,在这个力的平行四边形中,取其四分之一考虑(图中阴影部分),根据它跟半个劈的直角三角形的相似关系,由关系式,得F1=F2;由此可见,刀背上加上一定的压力F时,侧面分开其他物体的力跟顶角的大小有关,顶角越小,sinθ的值越小,F1和F2越大;但是,刀刃的顶角越小时,刀刃的强度会减小,碰到较硬的物体刀刃会卷口甚至碎裂,实际制造过程中为了适应加工不同物体的需要,做成前部较薄,后部较厚.使用时,用前部切一些软的物品(如鱼、肉、蔬菜、水果等),用后部斩劈坚硬的骨头之类的物品,俗话说:“前切后劈”,指的就是这个意思,故D正确,ABC错误。
【练习4】如图所示,一条小船在河中心向正东方向行驶,船上挂起一风帆,帆受侧向风作用,风力大小F1为100N,方向为东偏南30°,为了使船受到的合力恰能沿正东方向,岸上一人用一根绳子拉船,绳子取向与河岸垂直,求出风力和绳子拉力的合力大小及绳子拉力F2的大小。
【答案】,50N
【解析】
如图所示,将F1、F2按照平行四边形法则合成,可知合力F沿正东方向
根据直角三角形的函数关系可知
【例3】按照实际作用效果,对下图中的力进行分解。
【答案】见解析
【练习5】如图所示,把光滑斜面上的物体所受重力mg分解为F1、F2两个力。图中FN为斜面对物体的支持力,则下列说法正确的是( )
A.F1是斜面作用在物体上使物体下滑的力
B.物体受到mg、FN、F1、F2共四个力的作用
C.F2是物体对斜面的压力
D.力FN、F1、F2这三个力的作用效果与mg、FN这两个力的作用效果相同
【答案】D
【解析】
F1是重力沿斜面向下的分力,其作用效果是使物体沿斜面下滑,施力物体是地球,故选项A错误;物体受到重力mg和支持力FN两个力的作用,F1、F2是重力的分力,故选项B错误;F2是重力沿垂直于斜面方向的分力,其作用效果是使物体压斜面,F2的大小等于物体对斜面的压力,但二者的受力物体不同,F2的受力物体是物体本身,物体对斜面的压力的受力物体是斜面,故选项C错误;合力的作用效果与分力共同作用的效果相同,故选项D正确。
【例4】(多选)已知合力F以及一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小时,若F与F1的夹角为α,下列说法正确的是( )
A.当F2<F
sinα时,有唯一解
B.当F2=F
sinα时,无解
C.当F
sinα<F2<F时,有两解
D.当F2≥F时,有唯一解
【答案】CD
【解析】
(1)当F2<F
sinα时,无解,如图甲,故A错误;
(2)当F2=F
sinα时,有唯一解,如图乙,故B错误;
(3)当F
sinα<F2<F时,有两解,如图丙,故C正确;
(4)当F2≥F时,有唯一解,如图丁,故D正确。
【练习6】如图所示,力F作用于物体的O点。现要使作用在物体上的合力沿OO′方向,需再作用一个力F1,则F1的最小值为( )
A.F1=F
sinα
B.F1=F
tanα
C.F1=F
D.F1<F
sinα
【答案】A
【解析】
根据力的三角形定则,作F1、F与合力F合的示意图,如图所示
当F1与OO′即F合垂直时,F1有最小值,其值为F1=F
sinα。
【练习7】压榨机的结构示意图如图所示,其中B点为固定铰链,若在A铰链处作用一垂直于壁的力F,则由于力F的作用,使滑块C压紧物体D。设C与D光滑接触,杆的重力不计。已知AB与AC的长度相同,当BC的尺寸为200cm时,A到BC的距离为10cm。求此时物体D所受压力大小是F的多少倍?(滑块C重力不计)
【答案】5倍
【解析】
力F的作用效果是对AB、AC两杆产生沿杆方向的压力F1、F2,如图所示
可知
力F1的效果对C产生水平向左的推力和竖直向下的压力N,C对D的压力大小,如图所示
可知
根据图中几何关系可知
则C对D的压力为
所以物体D受到的压力大小是F的5倍。
【例5】如图所示,用绳AC和BC吊起一个重50N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对物体的拉力大小。
【答案】,
【解析】
在节点C处进行受力分析,并按照水平方向和竖直方向建立直角坐标系,进行正交分解
在水平方向
在竖直方向
联立方程解得
,
【练习8】如图所示,物体的质量,用与竖直方向成的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上,并使它沿墙壁在竖直方向上做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数μ=0.5,取重力加速度,sin
37°=0.6,cos
37°=0.8。
(1)画出对应的受力分析;
(2)求推力F的大小。
【答案】(1)见解析;(2)88N或40N
【解析】
(1)受力分析如甲(物体匀速上升),如图乙(物体匀速下降)
(2)若物体向上做匀速直线运动,如图甲,正交分解有
根据滑动摩擦力,解得
若物体向下做匀速直线运动,如图乙
根据滑动摩擦力,解得
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