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- 2021-05-24 发布
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4 力的合成
课堂合作探究
问题导学
一、力的合成
活动与探究 1
1.如图所示,一个成年人提起一桶水,使水桶保持静止,用力为 F;两个孩子共同提
起同样的一桶水并使之保持静止,用力分别为 F1 和 F2,那么该成年人用的力与两个孩子的
力作用效果是否相同?二者能否等效替代?F 与 F1、F2 是什么关系?
2.力的平行四边形定则的内容是什么?
迁移与应用 1
力 F1=4 N,方向向东,力 F2=3 N,方向向北。求这两个力合力的大小和方向。
[来源:学.科.网 Z.X.X.K]
(1)合力与分力是一种等效替代的关系,由于力是矢量,分力与合力的大小、方向关
系遵循平行四边形定则。因此不能用标量的运算方式理解合力与分力的大小关系。
(2)受力分析时,合力与分力不能同时都分析。
(3)作图法和计算法是矢量运算的通用法则,适用于任何矢量的运算。用作图法求合
力时,应注意标度统一、比例适当;用计算法求合力时,可根据平行四边形定则作出平行四
边形,解其中的三角形即可。
(4)几种特殊情况下力的合成
①两个相互垂直的力的合成:如图甲所示,F= F21+F22,合力 F 与分力 F1 的夹角θ满
足 tan θ=F2
F1
。
②两个大小相等、夹角为θ的力的合成:如图乙所示,作出的平行四边形为菱形,利用
其对角线互相垂直平分的特点可求得合力 F=2F1cos θ
2
,合力 F 与每一个分力的夹角均为θ
2
。
③两个大小相等、夹角为 120°的力的合成(实际是②的特殊情况),如图丙所示,F=
2F1cos 120°
2
=F,即合力的大小等于分力大小,合力 F 与每个分力的夹角均为 60°。
二、合力与分力的大小关系
活动与探究 2
1.某同学在单杠上做引体向上,双臂平行或双臂张开(如图所示),都可把自己向上升
起,请自己分别实践一下,根据体验说明哪一种手臂用力更大一些。
2.若两个力 F1、F2 的夹角为α(90°<α<180°),且α保持不变,则( )
A.一个力增大,合力一定增大
B.两个力都增大,合力一定增大
C.两个力都增大,合力可能减小
D.两个力都增大,合力可能不变
迁移与应用 2
关于两个力的合力,下列说法正确的是( )
A.两个力的合力一定大于每个分力
B.两个力的合力可能小于较小的那个分力
C.两个力的合力一定小于或等于两个分力
D.当两个力大小相等时,它们的合力可能等于分力大小
合力与两共点分力 F1、F2 及其夹角θ的关系:
(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)合力的大小可能大于某一分力,也可能小于某一分力,还可能等于某一分力。
三、探究求合力的方法(实验)
活动与探究 3
在做“探究求合力的方法”的实验中:
(1)怎样表明橡皮筋用一个力 F 拉的作用效果与两个力 F1、F2 一起拉的共同作用效果
相同?
(2)实验过程中需要记录哪些实验数据?怎样直观地把各个力的大小和方向表示出
来?
(3)结合(1)(2),简述力的平行四边形定则的实验步骤。
迁移与应用 3
在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的
两根细绳。实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地
拉橡皮条,另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。
(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列哪些说法是正确的________(选填字母代
号)。
A.将橡皮条拉伸相同长度即可
B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
C.将弹簧测力计都拉伸到相同刻度
D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
(2)同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是________(选
填字母代号)。[来源:Zxxk.Com]
A.两细绳必须等长
B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行
C.用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些
(1)实验时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)在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点 O 的位置一定要相同。(保证作用效果相
同)
(3)不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条,要反复做几次,
使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化。
(4)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直线,应
在细绳套末端用铅笔画一个点,去掉细绳套后,再将所标点与 O 点连直线确定力的方向。[来
源:学+科+网]
(5)在同一次实验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所
作力的图示稍大一些。
(6)用两个弹簧测力计勾住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜
太大,以 60°到 120°之间为宜。
当堂检测
1.关于合力与其两个分力的关系,下列说法正确的是( )
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
2.如图所示,两个共点力 F1、F2 的大小一定,夹角θ是变化的,合力为 F。在θ角从 0°
逐渐增大到 180°的过程中,合力 F 的大小变化情况为( )
A.从最小逐渐增加到最大
B.从最大逐渐减小到零
C.从最大逐渐减小到最小
D.先增大后减小
3.两个共点力同向时合力为 a,反向时合力为 b,当两个力垂直时,合力大小为( )
A. a2+b2 B. a2+b2
2
C. a-b D. a+b
2
4.如图所示,六个力的合力为________ N。若去掉 1 N 的那个分力,则其余五个力的
合力为________ N,合力的方向是__________________________。
5.把一个物体放在倾角为 37°的斜面上,物体处于静止状态。已知物体受到斜面的支
持力为 40 N,受到斜面的摩擦力为 30 N,求斜面对物体的作用力。
答案:
课堂合作探究
【问题导学】
活动与探究 1:1.答案:作用效果相同,能等效替代。F 与 F1、F2 是合力与分力的关
系,F 是F1 和 F2 的合力,F1 和 F2 是 F 的两个分力。
2.答案:两个力 F1、F2 合成时,如果以这两个共点力 F1 与 F2 为邻边作平行四边形,
那么其合力大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线来表示。这个法则就叫做平行四边
形定则。如图所示,F 即表示 F1 与 F2 的合力。
迁移与应用 1:答案:见解析
解析:(1)作图法
①用 4 mm 长的线段代表 1 N,作出 F1 的线段长 1.6 cm,F2 的线段长 1.2 cm,并标明方
向,如图所示。
②以 F1 和 F2 为邻边作平行四边形,连接两邻边所夹的对角线。[来源:Zxxk.Com]
③用刻度尺量出表示合力的对角线长度为 2.0 cm,所以合力大小 F=1 N×2.0
0.4
=5.0 N。
④用量角器量得 F 与 F2 的夹角α=53°。
即合力方向为北偏东 53°。
(2)计算法
分别作出 F1、F2 的示意图,如图所示,并作出平行四边形及对角线。
在直角三角形中
F= F21+F22=5 N,
合力 F 与 F2 的夹角为α,则[来源:Zxxk.Com]
tan α=F1
F2
=4
3
。
查表得α=53°。
活动与探究 2:1.答案:在单杠上做引体向上时,双臂用力的合力等于自身的重力。
双臂平行时每臂的用力等于自身重力的一半。根据平行四边形定则,双臂张开时,两臂拉力
的夹角变大,在合 力大小不变的情况下,两臂拉力变大,大于自身重力的一半,并且两臂
夹角越大,两臂拉力越大。
2.CD 解析:如图所示:保持 F1 与 F1 和 F2 的夹角α不变,当 F2 增至 F2′时,F1 和 F2
的合力 F 变为 F′,由图象可直观看出 F>F′,即两分力中一个力增大,合力不一定增大。同
理可分析出:两个力都增大,合力可能增大,可能减小,也可能不变,故 C、D 两项正确。
迁移与应用 2:BD 解析:设分力 F1 与分力 F2 的夹角为θ,根据力的平行四边形定则,
合力 F 是以 F1、F2 为邻边的平行四边形的对角线。如图所示。当θ=0 时,F=F1+F2;当θ
=180°时,F=|F1-F2|,以上分别为合力 F 的最大值和最小值。当 F1=F2 且夹角θ=180°
时,合力 F=0,小于任何一个分力,当 F1=F2 且夹角θ=120°时,合力 F=F1=F2。
活动与探究 3:答案:(1)两次实验中橡皮筋应该伸长到同一个位置才能保证作用效果
完全相同。
(2)在确定力的大小和方向时,用两只弹簧测力计分别钩挂细绳套,用互成角度的两
个力拉结点,使橡皮筋的结点伸长到O 点;将 O 点做个标记,然后记下两弹簧测力计的示
数,这就是力的大小。沿细绳方向在适当位置定下两点,确定力的方向。
(3)①在长木板上用图钉固定一张白纸,在白纸上用图钉固定一根橡皮条的一端;
②在橡皮条的另一端拴上两个细绳套,用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,记下结
点的位置、弹簧测力计的示数和细绳套的方向,即两分力 F1、F2 的大小和方向;
③再用一个弹簧测力计拉细绳套,达到同样的结点位置,记下此时力 F 的大小和方向;
④选定标度,作 出力 F1、F2、F 的图示;
⑤用虚线把合力的箭头端分别与两个分力的箭头端连接,看是否组成一个平行四边形;
⑥得出结论,改变 F1 和 F2 的大小和方向,重做上述实验,看看结论是否相同。
迁移与应用 3:答案:(1)BD (2)BD
解析:(1)两次拉伸的效果相同,包括大小和方向,选项 B 正确而 A 错;弹簧测力计
不一定拉伸到相同刻度,两次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置即可,选项 D 正确而 C 错
误。
(2)弹簧测力计、细绳、橡皮条与木板平行,保证各力都在同一平面内,细绳长些,
标记同一细绳方向的两点远一些,以保证画力的方向时精确些,本题选项 B、D 符合要求。
【当堂检测】
1.D 2.C 3.B
4.答案:0 1 与 1 N 的分力的方向相反
5.答案:受力大小为 50 N,方向竖直向上。
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