第 2 课 · 正交分解与共点力平衡

高考物理 · 力学 · 约 20 分钟 · 本课目标:把找出来的力分解到坐标轴上,列出平衡方程

上一课(受力分析)解决了"有哪些力",这一课解决"这些力怎么算"。 静止或匀速运动的物体,所受合力为零——这就是平衡条件,力学计算题的第一块基石。

方法:正交分解三步

  1. 建坐标轴:让尽量多的力落在轴上。斜面问题沿斜面方向和垂直斜面方向建轴。
  2. 分解不在轴上的力:斜面上的重力分解为沿面分量 Gsinθ 和垂直面分量 Gcosθ
  3. 分方向列方程:x 方向合力 = 0,y 方向合力 = 0,解方程。
口诀 斜面题记死两个分量:沿面 G sinθ、垂直面 G cosθ——θ 是斜面倾角。 "角度跟着斜面走,sin 管滑、cos 管压。"
高频误区 三个力平衡时,任意两个力的合力必与第三个力等大反向。 别忘了平衡的另一半:匀速直线运动也是平衡态,合力同样为零。

示范:30° 斜面上静止的木块(G = 20 N)

G G sinθ G cosθ θ = 30°
沿斜面建轴,重力分解成两个分量

沿面方向:静摩擦力 f = G sin30° = 20 × 0.5 = 10 N(沿面向上)。 垂直面方向:支持力 N = G cos30° = 20 × (√3/2) ≈ 17.3 N。 注意 N 小于 G——斜面上的支持力永远小于重力。

练习

常用近似:sin37° = 0.6,cos37° = 0.8,tan37° = 0.75。

课后

推荐精讲国家中小学智慧教育平台 · 必修一"力与平衡"章节, 以及 B站黄夫人力学系列的后续几讲。

公式都收录在力学公式速查卡