高中物理必修一：3.4《力的合成》课件 53页

成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·必修1\n相互作用第三章\n4力的合成第三章\n课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5易错案例剖析6课时作业7学习目标定位1\n学习目标定位\n※理解合力与分力的概念，体会等效替代的物理思想※※通过实验，验证力的合成法则※知道共点力，知道共点力的平衡条件※※掌握平行四边形定则，会用作图法、计算法求共点力的合力\n课堂情景切入\n两人同拉一辆车如下图所示，每人都用100牛的力拉，车受到的拉力一定是200牛吗？\n知识自主梳理\n当一个物体受到几个力共同作用时，如果一个力的________跟这几个力的共同________相同，这一个力叫做那几个力的________，那几个力叫做这个力的________。合力与分力的关系为________关系。合力与分力作用效果作用效果合力分力等效替代\n1．力的合成：求几个力的________的过程。2．两个力的合成(1)遵循法则——__________________(2)方法：以表示这两个力的线段为________作平行四边形，这两个邻边之间的对角线表示___________________。3．两个以上的力的合成方法：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力与_________的合力，直到把__________都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。力的合成合力平行四边形定则邻边合力的大小和方向第三个力所有的力\n1．定义：几个力如果都作用在物体的________，或它们的____________________，这几个力就叫做共点力。2．力的合成适用范围：力的合成遵从平行四边形定则，只适用于________。共点力同一点作用线相交于同一点共点力\n重点难点突破\n一、对合力与分力的进一步理解1．合力与分力的相关性(1)等效性：合力的作用效果与分力的共同作用效果相同，它们在效果上可以相互替代。(2)同体性：各个分力是作用在同一物体上的，分力与合力为同一物体，作用在不同物体上的力不能求合力。(3)瞬时性：各个分力与合力具有瞬时对应关系，某个分力变化了，合力也同时发生变化。\n2．合力与分力间的大小关系当两分力F1、F2大小一定时(1)两力同向时合力最大：F＝F1＋F2，方向与两力同向；(2)两力方向相反时，合力最小：F＝|F1－F2|，方向与两力中较大的力同向。(3)两力夹角为θ时，如图，合力随θ的增大而减小，合力大小的范围是：|F1－F2|≤F≤F1＋F2。\n特别提醒：(1)在力的合成中分力是实际存在的，每一个分力都有对应的施力物体，而合力没有与之对应的施力物体。(2)合力为各分力的矢量和，合力可以大于两个分力中的任何一个力，也可以小于两分力中的任何一个力，还有可能和分力大小相等。\n\n答案：在船的吃水线相同的情况下，一头大象的重力与一堆石头的重力相当。其中包含了等效替代的思想方法，即一头大象和一堆石头的作用效果相同。结合生活经验举例：一桶水可以由一个成年人单独提起，也可以由两个小孩共同提起。两个小孩对水桶的作用效果与一个成年人对水桶的作用效果相同。\n二、求合力的方法1．作图法(1)用作图法求作用在同一点的两个互成角度的力的合力的程序①选取同一标度，用力的图示，从力的作用点起，分别作出两个分力F1、F2的图示；②以表示F1、F2的线段为邻边作出平行四边形，从而得到两分力F1、F2所夹的平行四边形的对角线，即表示合力F；\n③用刻度尺量出该对角线的长度，根据选取的标度计算合力的大小；再量出对角线与某一分力的夹角，表示合力的方向；④当分力的个数多于两个时，可先作出任意两个分力的合力，再将这个合力依次与其他分力合成，最终求出所有分力的合力。\n\n\n特别提醒：(1)作图时，合力、分力要共点，实线、虚线要分清，标度要唯一且适当。(2)作图法和计算法均为矢量运算的通用方法。\n(辽宁省五校协作体高一上学期期中)某物体同时受到同一平面内的三个共点力作用，在如图所示的四种情况中(坐标纸中每格边长表示1N的大小的力)，该物体所受的合外力大小正确的是()\nA．甲图中物体所受的合外力大小等于4NB．乙图中物体所受的合外力大小等于2NC．丙图中物体所受的合外力大小等于0D．丁图中物体所受的合外力大小等于0答案：D解析：用作图法可得甲图中合力等于5N，乙图中合力等于5N，丙图中合力等于6N，丁图中合力等于0，故选D。\n三、实验：验证力的平行四边形定则1．实验目的(1)验证两个力合成时的平行四边形定则。(2)通过验证力的平行四边形定则，培养用图象法处理实验数据并得出结论的能力。2．实验原理若某个力F′的作用效果与两个力F1、F2的共同作用效果都能使橡皮条伸长到同一点，则F′为F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F′、F，分析在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。即可验证平行四边形定则。\n3．实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔。4．实验过程(1)钉白纸：用图钉把白纸固定在水平桌面上的方木板上。(2)拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。\n(3)两个力拉：①通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点(如下图所示)。②用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。(4)一个力拉：①只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O。②记下测力计的读数和细绳的方向。(5)重复：改变F1和F2的夹角和大小，再做两次。\n5．数据处理(1)理论值：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。(2)测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′的图示。(3)相比较：比较F′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否相等。\n6．操作技巧及注意事项(1)正确使用弹簧测力计①弹簧测力计的选取方法：将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止。②弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用。③使用前要检查指针是否在零刻度线上，否则应校正零位。④被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。⑤读数时应正对、平视刻度。\n(2)实验注意事项①不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置。②互成角度两个力的合力的变化，看橡皮条结点O的位置变化，而在每次实验中橡皮条结点的位置一定不能改变。③经验得知两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大，所以实验中不要把θ角取得太大，一般以不大于90°为最佳。橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面摩擦。\n④拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些。⑤作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。\n考点题型设计\n关于合力与其两个分力的关系，正确的是()A．合力的大小一定大于小的分力、小于大的分力B．合力的大小随两分力夹角的增大而增大C．合力的大小一定大于任意一个分力D．合力的大小可能大于大的分力，也可能小于小的分力合力与分力的关系\n解析：根据平行四边形定则可知：两个共点力的合力的大小不一定大于小的分力，如下图甲，也不一定小于大的分力，如下图乙；合力的大小也不随夹角的增大而增大如下图丙；并且也不一定大于任意一个分力。答案：D\n点评：分力与合力是一种等效替代的关系，合力的大小一般不等于两个分力的大小之和，合力的大小可能大于每个分力的大小，也可能小于每一个分力的大小，还可以与某一个分力大小相等，这些都可以用画平行四边形来验证，故平行四边形定则是我们认识分力与合力大小关系的根本工具。\n如图，一个大人单独提起一桶水和两个小孩共同提起同一桶水，则下列说法正确的是()A．大人的拉力可以看作两个小孩拉力的合力B．大人拉力一定等于两个小孩拉力大小之和C．两个小孩两手臂夹角θ越大，则拉力越小D．两个小孩两手臂夹角θ越大，则拉力越大\n答案：AD解析：大人的拉力与两小孩的拉力效果相同，A正确；由共点力的合成法则知合力一定，夹角越大，分力越大，故B、C错，D正确。\n如图所示，两个人共同用力将一个牌匾拉上墙头。其中一人用了450N的拉力，另一个人用了600N的拉力，如果这两个人所用拉力的夹角是90°，求它们的合力。求合力\n\n\n(枣庄2014～2015学年高一上学期测试)设有5个力作用于A点，这5个力的大小和方向相当于正六边形的两条邻边和三条对角线，如图所示，已知F1＝20N，则这5个力的合力大小为__________N，方向_______。答案：120与F3相同解析：根据圆内接正六边形的几何关系知道：F1和F4，F2和F5的合力均与F3重合，所以它们的大小、方向均与F3相同，F1，F2，F3，F4，F5这五个力的合力等于三倍的F3，而F3＝2F1，故这五个力的合力的大小为6F1，即120N，方向与F3相同。\n(江苏扬州中学2013～2014学年高一上学期检测)某学习小组在“探究力的平行四边形定则”的实验中：(1)其中的两个实验步骤分别是：A．在水平放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个绳套，通过细绳同时用两个弹簧测力计(弹簧测力计与方木板平面平行)互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置和读出两个弹簧测力计的示数F1和F2实验：验证力的平行四边形定则\nB．只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个弹簧测力计拉时相同，读出此时弹簧测力计的示数F′和记下细绳的方向。请指出以上步骤中的错误或疏漏：A中是__________________________________________，B中是____________________________________。(2)该学习小组纠正了(1)中的问题后，某次实验中两个弹簧测力计的拉力F1、F2已在图中画出，图中的方格每边长度表示2N，O点是橡皮条的结点，请用直角三角板严格作出合力F的图示，并求出合力的大小为______________N。\n(3)乙图是马诗雨同学在白纸上根据实验结果作出的力的示意图，F和F′中________是F1和F2合力的实际测量值。\n(3)图中F是根据平行四边形法则做出的合力，实际测量值应该是F′。\n(烟台市2014～2015学年高一检测)将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，两根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计，当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如下图所示，这时弹簧测力计的读数可从图中读出。(1)由图中可读得两个相互垂直的拉力大小分别是________________N和________________N。(只需读到0.1N)\n(2)在本题的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。\n答案：(1)由图读出水平测力计示数为4.0N，竖直测力计示数为2.5N(2)作图如下图所示\n易错案例剖析\n易错点：应用平行四边形定则时出现错误案例：两个共点力的合力为F，如果它们之间的夹角θ固定不变，使其中一个力增大，则()A．合力F一定增大B．合力F的大小可能不变C．合力F可能增大，也可能减小D．当0°<θ<90°时，合力F可能减小\n易错分析：本题易错选A项。其原因是误认为在力的合成运算中，随着其中的一个力增大，合力也增大。即随着平行四边形一条边长的增加，对角线的长度相应增加。这是由于解答常规题目产生思维定势的影响，仅仅考虑了两个共点力之间的夹角θ为锐角的情况，忽视了两个共点力之间的夹角θ有可能为钝角的情况，造成错解。分析时，应考虑两个共点力的夹角可能为锐角、直角、钝角。\n正确解答：设两共点力Fa、Fb之间的夹角θ为钝角，由下图所示的平行四边形可知，当Fa逐渐增大为Fa1、Fa2、Fa3时，其合力由原来的F1变为F2、F3、F4，它们可能小于F1、可能等于F1，也可能大于F1，所以A项错，B、C两项正确。同理知，当0°<θ<90°时，则随着其中的一个力增大，合力一定也增大，D项错。正确答案：BC