高中物理人教版力的合成

高中物理人教版力的合成第一頁，共58頁。物理必修①·人教版新課標(biāo)導(dǎo)學(xué)第二頁，共58頁。第三章4力的合成第三頁，共58頁。※理解合力與分力的概念，體會等效替代的物理思想※※通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證力的合成法則※知道共點(diǎn)力，知道共點(diǎn)力的平衡條件※※掌握平行四邊形定則，會用作圖法、計(jì)算法求共點(diǎn)力的合力第四頁，共58頁。第五頁，共58頁。1課前預(yù)習(xí)2課內(nèi)探究3素養(yǎng)提升4課堂達(dá)標(biāo)5課時作業(yè)第六頁，共58頁。課前預(yù)習(xí)第七頁，共58頁。當(dāng)一個物體受到幾個力共同作用時，如果一個力的_____________跟這幾個力的共同___________相同，這一個力叫做那幾個力的_______，那幾個力叫做這個力的_________。合力與分力的關(guān)系為____________關(guān)系。合力與分力作用效果作用效果合力分力等效替代第八頁，共58頁。1．力的合成：求幾個力的_______的過程。2．兩個力的合成(1)遵循法則——__________________(2)方法：以表示這兩個力的線段為______作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線表示___________________。3．兩個以上的力的合成方法：先求出任意兩個力的合力，再求出這個合力與___________的合力，直到把___________都合成進(jìn)去，最后得到的結(jié)果就是這些力的合力。力的合成合力平行四邊形定則鄰邊合力的大小和方向第三個力所有的力第九頁，共58頁。1．定義：幾個力如果都作用在物體的_______，或它們的_____________________，這幾個力就叫做共點(diǎn)力。2．力的合成適用范圍：力的合成遵從平行四邊形定則，只適用于______。共點(diǎn)力同一點(diǎn)作用線相交于同一點(diǎn)共點(diǎn)力第十頁，共58頁?！号幸慌小?1)兩個力的合力一定等于這兩個力的代數(shù)和。(

)(2)兩個力的合力一定大于其中任意一個力的大小。(

)(3)兩個力的合力的方向可能與兩個分力的方向都不相同。(

)(4)共點(diǎn)力一定作用于物體上的同一點(diǎn)。(

)(5)共點(diǎn)力一定作用于同一物體上。(

)××√×√第十一頁，共58頁。解析：大人的拉力與兩小孩的拉力效果相同，A正確；由共點(diǎn)力的合成法則知合力一定，夾角越大，分力越大，故B、C錯，D正確。AD第十二頁，共58頁。第十三頁，共58頁。方法：①先求出F1和F2的合力F12；②再求出F3和F4的合力F34；③最后將F12和F34合成。第十四頁，共58頁。課內(nèi)探究第十五頁，共58頁。如圖所示是大家都很熟悉的“曹沖稱象”的故事。圖中曹沖根據(jù)什么得到大象和船上石頭的重力相等？其中包含什么思想方法？請你結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)再舉一個相似的例子。探究一對合力與分力的進(jìn)一步理解第十六頁，共58頁。提示：在船的吃水線相同的情況下，一頭大象的重力與一堆石頭的重力相當(dāng)。其中包含了等效替代的思想方法，即一頭大象和一堆石頭的作用效果相同。結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)舉例：一桶水可以由一個成年人單獨(dú)提起，也可以由兩個小孩共同提起。兩個小孩對水桶的作用效果與一個成年人對水桶的作用效果相同。第十七頁，共58頁。1．合力與分力的相關(guān)性(1)等效性：合力的作用效果與分力的共同作用效果相同，它們在效果上可以相互替代。(2)同體性：各個分力是作用在同一物體上的，分力與合力為同一物體，作用在不同物體上的力不能求合力。(3)瞬時性：各個分力與合力具有瞬時對應(yīng)關(guān)系，某個分力變化了，合力也同時發(fā)生變化。第十八頁，共58頁。2．合力與分力間的大小關(guān)系當(dāng)兩分力F1、F2大小一定時(1)兩力同向時合力最大：F＝F1＋F2，方向與兩力同向；(2)兩力方向相反時，合力最?。篎＝|F1－F2|，方向與兩力中較大的力同向。(3)兩力夾角為θ時，如圖，合力隨θ的增大而減小，合力大小的范圍是：|F1－F2|≤F≤F1＋F2。第十九頁，共58頁。特別提醒：(1)在力的合成中分力是實(shí)際存在的，每一個分力都有對應(yīng)的施力物體，而合力沒有與之對應(yīng)的施力物體。(2)合力為各分力的矢量和，合力可以大于兩個分力中的任何一個力，也可以小于兩分力中的任何一個力，還有可能和分力大小相等。第二十頁，共58頁。解題指導(dǎo)：解答本題時需要把握以下兩點(diǎn)：(1)合力與分力作用效果相同，但不同時作用在物體上；(2)合力與分力遵循平行四邊形定則。D第二十一頁，共58頁。第二十二頁，共58頁。BD第二十三頁，共58頁。解析：由題意可知，彈簧秤是測量小桶的重力，而與繩子的長短無關(guān)，故A錯誤，B正確；合力一定，當(dāng)兩繩的夾角越大時，分力也越大，甲圖中繩的拉力之間的夾角小于乙圖中的夾角，則甲圖中繩的拉力比乙圖中的小，故C錯誤，D正確；故選B、D。第二十四頁，共58頁。兩人同拉一輛車如下圖所示，每人都用100牛的力拉，車受到的拉力一定是200牛嗎？提示：不一定。兩個力的合力并非等于兩個力大小之和，應(yīng)根據(jù)平行四邊形定則，用作圖或者計(jì)算的方法求得合力。探究二求合力的方法第二十五頁，共58頁。1．作圖法根據(jù)平行四邊形定則用作圖工具作出平行四邊形，然后用測量工具測量出合力的大小、方向，具體操作流程如下：第二十六頁，共58頁。2．計(jì)算法可以根據(jù)平行四邊形定則作出分力及合力的示意圖，然后由幾何知識求解對角線，即為合力。以下為求合力的兩種特殊情況：第二十七頁，共58頁。第二十八頁，共58頁。特別提醒：(1)作圖時，合力、分力要共點(diǎn)，實(shí)線、虛線要分清，標(biāo)度要唯一且適當(dāng)。(2)作圖法和計(jì)算法均為矢量運(yùn)算的通用方法。第二十九頁，共58頁。第三十頁，共58頁。解題指導(dǎo)：本題可用作圖法或計(jì)算法求解。(1)作圖法簡單、直觀，是物理學(xué)中常用的方法之一，但不夠精確。(2)在應(yīng)用計(jì)算法時，要畫出力的合成的示意圖。(3)兩力夾角為特殊角(如120°、90°等)時，應(yīng)用計(jì)算法求合力更簡單。解析：把兩根鋼索的拉力看成沿鋼索方向的兩個分力，以它們?yōu)猷忂叜嫵鲆粋€平行四邊形，其對角線就表示它們的合力。由對稱性可知，合力方向一定沿塔柱豎直向下。下面用兩種方法計(jì)算這個合力的大?。旱谌豁摚?8頁。解法一：作圖法如下圖甲所示，自O(shè)點(diǎn)引兩根有向線段OA和OB，它們跟豎直方向的夾角都為30°。取單位長度為1×104N，則OA和OB的長度都是3個單位長度，作出平行四邊形和對角線OC。量得對角線OC長為5.2個單位長度，所以合力的大小為F＝5.2×1×104N＝5.2×104N。第三十二頁，共58頁。第三十三頁，共58頁。B第三十四頁，共58頁。1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)驗(yàn)證兩個力合成時的平行四邊形定則。(2)通過驗(yàn)證力的平行四邊形定則，培養(yǎng)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并得出結(jié)論的能力。2．實(shí)驗(yàn)原理若某個力F′的作用效果與兩個力F1、F2的共同作用效果都能使橡皮條伸長到同一點(diǎn)，則F′為F1和F2的合力，作出F′的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出F1和F2的合力F的圖示，比較F′、F，分析在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否大小相等、方向相同。即可驗(yàn)證平行四邊形定則。探究三實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證力的平行四邊形定則第三十五頁，共58頁。3．實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、彈簧測力計(jì)(兩個)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(若干)、鉛筆。4．實(shí)驗(yàn)過程(1)釘白紙：用圖釘把白紙固定在水平桌面上的方木板上。(2)拴繩套：用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個細(xì)繩套。第三十六頁，共58頁。第三十七頁，共58頁。(4)一個力拉：①只用一個測力計(jì)，通過細(xì)繩把橡皮條上的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O。②記下測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向。(5)重復(fù)：改變F1和F2的夾角和大小，再做兩次。第三十八頁，共58頁。5．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)理論值：在白紙上按比例從O點(diǎn)開始作出兩個彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。(2)測量值：按同樣的比例用刻度尺從O點(diǎn)起作出一個彈簧測力計(jì)拉橡皮條時拉力F′的圖示。(3)相比較：比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。第三十九頁，共58頁。6．操作技巧及注意事項(xiàng)(1)正確使用彈簧測力計(jì)①彈簧測力計(jì)的選取方法：將兩只彈簧測力計(jì)調(diào)零后互鉤水平對拉，若兩只彈簧測力計(jì)在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另換，直至相同為止。②彈簧測力計(jì)不能在超出它的測量范圍的情況下使用。③使用前要檢查指針是否在零刻度線上，否則應(yīng)校正零位。④被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計(jì)軸線方向一致，拉動時彈簧不可與外殼相碰或摩擦。⑤讀數(shù)時應(yīng)正對、平視刻度。第四十頁，共58頁。(2)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)①不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，可拴一短細(xì)繩連兩細(xì)繩套，以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些，以便準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn)O的位置。②互成角度兩個力的合力的變化，看橡皮條結(jié)點(diǎn)O的位置變化，而在每次實(shí)驗(yàn)中橡皮條結(jié)點(diǎn)的位置一定不能改變。③經(jīng)驗(yàn)得知兩個分力F1、F2間夾角θ越大，用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差也越大，所以實(shí)驗(yàn)中不要把θ角取得太大，一般以不大于90°為最佳。橡皮條、細(xì)繩、測力計(jì)應(yīng)在同一平面內(nèi)，測力計(jì)的掛鉤應(yīng)避免與紙面摩擦。第四十一頁，共58頁。④拉橡皮條的細(xì)線要長些，標(biāo)記每條細(xì)線方向的方法是使視線通過細(xì)線垂直于紙面，在細(xì)線下面的紙上用鉛筆點(diǎn)出兩個定點(diǎn)的位置，并使這兩個點(diǎn)的距離要盡量遠(yuǎn)些。⑤作圖要用尖鉛筆，圖的比例要盡量大些，要用嚴(yán)格的幾何方法作出平行四邊形，圖旁要畫出表示力的比例線段，且注明每個力的大小和方向。第四十二頁，共58頁。第四十三頁，共58頁。B．只用一只彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩拉橡皮條，使它的伸長量與兩個彈簧測力計(jì)拉時相同，讀出此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F′和記下細(xì)繩的方向。請指出以上步驟中的錯誤或疏漏：A中是_________________________，B中是__________________________。(2)該學(xué)習(xí)小組糾正了(1)中的問題后，某次實(shí)驗(yàn)中兩個彈簧測力計(jì)的拉力F1、F2已在圖中畫出，圖中的方格每邊長度表示2N，O點(diǎn)是橡皮條的結(jié)點(diǎn)，請用直角三角板嚴(yán)格作出合力F的圖示，并求出合力的大小為_______________。沒有記錄兩拉力的方向沒有說明要把結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn)第四十四頁，共58頁。(3)乙圖是馬詩雨同學(xué)在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出的力的示意圖，F(xiàn)和F′中______是F1和F2合力的實(shí)際測量值。解題指導(dǎo)：掌握實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟是解題的關(guān)鍵。F′第四十五頁，共58頁。第四十六頁，共58頁。第四十七頁，共58頁。(1)實(shí)驗(yàn)記錄紙如圖乙所示，兩彈簧測力計(jì)共同作用時，O點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)的位置，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點(diǎn)；一個彈簧測力計(jì)拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點(diǎn)。力F1的大小如彈簧測力計(jì)所示，F(xiàn)1＝______N(已知F2＝2.63N，F(xiàn)3＝4.41N)。(2)同學(xué)們在操作過程中有如下議論，其中正確是___。A．兩根細(xì)繩必須等長B．彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行C．同一次實(shí)驗(yàn)中只要橡皮筋的伸長量相同，結(jié)點(diǎn)O點(diǎn)的位置可以變動D．橡皮條應(yīng)該與兩繩夾角的角平分線在同一直線上(3)請?jiān)诖痤}紙上作出F1和F2的合力F(標(biāo)度已給出)；并求出合力F＝______N。2.92B4.30第四十八頁，共58頁。解析：(1)由圖知1N之間有10小格，一個小格代表0.1N，所以彈簧測力計(jì)的示數(shù)為2.92N。(2)通過兩細(xì)繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條時，并非要求兩細(xì)繩等長，故A錯誤；測量力的實(shí)驗(yàn)要求盡量準(zhǔn)確，為了減小實(shí)驗(yàn)中因摩擦造成的誤差，操作中要求彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行，故B正確；本實(shí)驗(yàn)采用“等效法”，為了使兩次拉伸橡皮條的效果相同，要求兩次拉橡皮條時必須將其結(jié)點(diǎn)拉至同一個位置，結(jié)點(diǎn)O點(diǎn)的位置不可以變動，故C錯誤；兩細(xì)線拉橡皮條時，只要確保拉到同一點(diǎn)即可，不一定橡皮條要在兩細(xì)線的夾角平分線上，故D錯誤，故選B。第四十九頁，共58頁。(3)根據(jù)平行四邊形定則先作出F2與F1的合力，如圖所示，由圖得F1、F2的合力大小4.30N。第五十頁，共58頁。素養(yǎng)提升第五十一頁，共58頁。1．平衡狀態(tài)：物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)。2．平衡條件：合力為零(共點(diǎn)力作用時)。3．重要結(jié)論。(1)三力匯交原理：當(dāng)物體受到三個非平行的共點(diǎn)力作用而平衡時，這三個力