【同步导学】高中物理课件 4 50页

\n4．1怎样求合力\n1．合力与分力：当一个物体受到几个力的共同作用时，我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的______跟原来几个力的______相同，这个力就叫做那几个力的______，原来的几个力叫做______．2．求几个力的合力的过程或求合力的方法，叫做__________．效果效果合力分力力的合成\n3．平行四边形定则：两个力合成时，以表示这两个力的线段为______作平行四边形，这两个邻边之间的________就代表合力的______和______，这个法则叫做平行四边形定则．4．矢量：在物理学中，把既有大小又有______，并且按________________进行合成的物理量称为矢量．5．标量：只有______、没有方向的物理量叫标量．邻边对角线大小方向方向平行四边形定则大小\n\n(2)应用作图法时，必须各力选定同一标度，并且合力、分力比例适当，虚线、实线分清．(3)作图法简单、直观，但不够精确．(4)作图法是物理学中的常用方法之一．\n●难点突破实验探究求合力的方法．我们知道了合力与分力的概念，若有两个力F1、F2的合力为F，则F的大小是否等于两个分力F1、F2的和？合力的大小一定比任何一个分力都大吗？(1)实验方案①先将橡皮筋一端固定，另一端用两个力F1、F2使其沿某一方向伸长一定长度；再用一个力F作用于橡皮筋的同一点，使其沿同一方向伸长到同样的长度，那么，F与F1、F2的效果就相同．②若记下F1、F2的大小和方向，画出各个力的图示，就可研究F与F1、F2的关系了．\n(2)学生做实验①用图钉把白纸固定于方木板上，把橡皮筋的一端固定．②在橡皮筋的另一端系上细绳，用两个弹簧秤互成某一角度地通过细绳把橡皮筋拉到某一点O，用铅笔记下O点的位置，记下两弹簧秤的读数F1、F2和两条细绳的方向．③用一个弹簧秤将同一条橡皮筋拉到O点，记下弹簧秤的读数F和细绳的方向．\n\n●疑点辨析(1)合力与分力的关系．由平行四边形可知，F1、F2的夹角变化时，F的大小和方向也发生变化．①两分力同向时，合力最大：F＝F1＋F2.②两分力反向时，合力最小：F＝|F1－F2|，其方向与较大的一个分力方向相同．③合力的取值范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.④夹角θ越大，合力就越小．⑤合力可能大于、小于或等于某一分力．\n(2)三个力的合成①最大值：三个分力同向时，合力F最大Fmax＝F1＋F2＋F3.②最小值：当两个较小分力之和F1＋F2大于等于第三个较大分力F3时，合力F最小值为0，即Fmin＝0.当两个较小分力之和F1＋F2小于第三个较大分力F3时，合力F最小值Fmin＝F3－(F1＋F2)．③合力F范围：Fmin≤F≤Fmax.\n二、矢量●疑点辨析由于矢量既有大小，又有方向，并且按平行四边形定则进行合成，可以见矢量的效果既与大小有关，还与方向有关，因此，两个矢量相等的条件是：大小相同，方向相同．一个物理量如果是标量，其大小不变，则该物理量就不变；一个物理量如果是矢量，其大小、方向有一个变化或者两个都变化，则该物理量就发生了变化．如前面学习的速度，加速度都是矢量，速度大小方向都不变的才是匀速运动，加速度大小、方向都不变的运动才是匀加速运动．\n\n【答案】CD\n【规律总结】在两个分力F1、F2大小一定的情况下，改变F1、F2两个分力之间的夹角θ，合力会发生改变．①当θ角减小时，合力F增大．②当θ＝0°时，F最大，F＝F1＋F2.③当θ角增大时，合力F减小．④当θ＝180°时，合力最小，F＝|F1－F2|，方向与较大的分力方向相同．\n总结以上几点，得出二力合成的合力大小的取值范围是：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.对于三个力的合力范围的问题，应先求两个力的合力范围，再用这个合力与第三个力比较，就可能确定三个力合力的范围．三力合成，F1、F2和F3同向共线时合力最大．当任意两者之和大于第三者时，合力最小为零．\n\n【解析】可以先将任意两个力求合力，比如将6N和7N的力求合力，合力的范围是1N到13N，因此如果将这个合力再和12N的力合成，合力的范围应该是0N到25N，所以B、D是正确的．【答案】BD\n\n\n作图法：自O点引两条有向线段OC和OD，夹角为60°.设定每单位长度表示100N．则OC和OD的长度都是3个单位长度，作出平行四边形OCED，其对角线OE就表示两个拉力F1、F2的合力F，量得OE长为5.2个单位长度，所以合力F＝100×5.2N＝520N．用量角器量得∠COE＝∠DOE＝30°，所以合力方向竖直向下．(如上图所示)\n【答案】519.6N\n\n【答案】20N合力的方向为东偏南37°角\n\n【指点迷津】受标量运算形成的思维定势的影响，有的同学总认为“合力应该大于分力，或至少大于其中一个分力”，这是错误的．合力和分力的关系是等效替代关系，它们之间遵循平行四边形定则，不再是“1＋1等于2”的关系．例如，两个1N的力，方向相反时，合力为零，此时合力比两个分力都小．事实上，合力的大小与各分力的大小的关系，是由它们之间的方向夹角所决定的，夹角不同它们之间的量值关系也就不同．【答案】D\n\n(2)解析法：对于特殊方向的力的合成，可利用公式具体计算．①当F1与F2在同一直线上时，选定一个正方向，与正方向相同的力为正，与正方向相反的力为负，即可将矢量运算转化为代数运算来求合力．②当分力F1与F2的夹角为直角时，由平行四边形定则可知，其合力为以两分力为邻边的矩形的对角线，如图甲所示．\n甲　　　　　　　　　　乙\n\n\n丙　　　　　　　　　丁\n已知共面的三个力F1＝20N、F2＝30N、F3＝40N作用于物体的同一点上，三个力之间的夹角都是120°，求合力的大小和方向．【解析】解法一：对三个力进行如下图所示的等效替换．\n\n\n\n1．一运动员双手对称地握住单杠，使身体悬空．设每只手臂所受的拉力都是T，它们的合力是F，若两臂之间的夹角增大了，则()A．T和F都增大B．T和F都减小C．T增大，F不变D．T不变，F增大\n【解析】运动员处于平衡状态，两手臂的合力F等于运动员的重力，当两臂之间的夹角增大时，合力不变，分力T增大，C正确．【答案】C\n【答案】D\n3．当两个力夹角为180°时，两力的合力为2N；当这两个力的夹角为90°时，其合力为10N，则下列说法中正确的是()A．此合力大小的变化范围在2N和14N之间B．此合力大小的变化范围在2N和10N之间C．两力的大小分别是2N和8ND．两力的大小分别是6N和8N【答案】AD\n【答案】C\n\n②将x1、x2、x3按一定比例图示出来，以x1、x2为邻边作平行四边形，求出其对角线OC′，比较OC′与OC的长度(即x3的长度)相等，且在一条直线上，则达到目的，若OC′与OC有一微小夹角θ，则有误差(如图所示)．③测出这三根橡皮条的长度L1、L2、L3，分别算出它们的伸长量x1＝L1－L0，x2＝L2－L0，x3＝L3－L0.\n④将三根橡皮条的一端都拴在一个图钉O上，将这三根橡皮条的另一端分别拴上图钉A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在板上．⑤用刻度尺测出橡皮条的自由长度L0，注意从图钉脚之间测起．(1)请你确定该研究小组的实验步骤的顺序是________．\n(2)对于本实验下列论述中正确的是________．A．实验中用到了图钉O受到三个共面共点力而静止，任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反的原理，使合力和分力在一次实验中全部出现，从而简化了实验的过程B．实验中用到了胡克定律，简化了力的测量，可以不用弹簧秤就完成实验C．由于实验中总有0C′与OC的微小夹角θ，故实验有误差，该方法不可取D．三根橡皮条不能做到粗细、长短完全相同，是该实验的主要误差来源之一\n【解析】(1)该实验的过程中应该首先将三根橡皮条拴在图钉上，这样便于测橡皮条的原长，之后就要固定两个图钉拉第三个图钉到适当的位置进行实验，把第三个图钉也固定后就可测每根橡皮条的长度并计算出伸长量，最后按照胡克定律转换成力作出力的图示进行实验研究，所以正确的实验步骤是④⑤①③②.\n\n实验的误差有系统误差和偶然误差，都是不可避免的，该实验也是一样的，从系统误差来看，影响该实验的主要因素不是原理，而是器材，特别是橡皮条的长短和粗细．所以说三根橡皮条不能做到粗细、长短完全相同，是该实验的主要误差来源之一，故选项D也是对的，所以正确选项为A、B、D.【答案】(1)④⑤①③②(2)ABD\n练规范、练技能、练速度\n