8.4 同一直線上二力的合成 （課件）2024-2025學(xué)年人教版八年級(jí)物理下冊

第4節(jié)同一直線上二力的合成教學(xué)目標(biāo)1.知道合力的概念。了解同一直線上兩個(gè)力合力的大小和方向，并能解決自然與生活中的簡單問題，初步形成運(yùn)動(dòng)和相互作用觀。2、能初步運(yùn)用等效替代的思想分析物體在同一直線上受兩個(gè)力作用的具體問題。3.能設(shè)計(jì)研究同一直線上二力合成的實(shí)驗(yàn)方案、收集證據(jù)、分析數(shù)據(jù)、得到初步結(jié)論，能交流總結(jié)同一直線上二力合成的規(guī)則。4.在研究同一直線上二力合成規(guī)則的過程中，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的科學(xué)精神，增強(qiáng)主動(dòng)與他人合作交流的愿望。問題生活中的物體往往同時(shí)受到多個(gè)力的作用。怎樣分析這樣的力學(xué)問題呢?你認(rèn)為能用一個(gè)力代替幾個(gè)力同時(shí)作用的效果嗎?力的合成兩個(gè)小孩共同提起一桶水，可以使水桶保持靜止?fàn)顟B(tài);一個(gè)大人單獨(dú)提起同一桶水，也能使水桶保持靜止?fàn)顟B(tài)?？雌饋?，一個(gè)大人和兩個(gè)小孩施加在水桶上的力，產(chǎn)生的作用效果是相同的。合力如果一個(gè)力單獨(dú)作用的效果與幾個(gè)力共同作用的效果相同，這個(gè)力就叫作那幾個(gè)力的合力(resultantforce)。在物理學(xué)中，求幾個(gè)力合力的過程叫作力的合成(compositionofforces)。如右圖所示，在搬運(yùn)貨物的時(shí)候，兩個(gè)人同時(shí)對(duì)車施加沿水平方向的拉力F1和推力F2。想想議議此時(shí)，怎樣計(jì)算拉力F1和推力F2的合力大小呢?又該怎樣確定合力的方向呢?同一直線上二力的合成要研究多個(gè)力的合成問題，可以從簡單的情況人手。同一直線上二力合成的情況最簡單，下面讓我們過實(shí)驗(yàn)來研究。1.如圖8.4-2所示，將橡皮筋一端固定，另一端與小圓環(huán)相連。把兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別通過細(xì)繩與小圓環(huán)相連后，沿水平方向向右拉橡皮筋，將小圓環(huán)拉至O點(diǎn)，標(biāo)記下此時(shí)小圓環(huán)的位置，并記錄兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1、F2。演示——研究同一直線上二力的合成2.只用一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮筋，將小圓環(huán)再次拉到O點(diǎn)，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F合。改變拉力F1、F2的大小，多做幾次實(shí)驗(yàn)。將F合與F1、F2的示數(shù)進(jìn)行比較，并分析F合與F1、F2方向的關(guān)系。4.再用一個(gè)彈簧測力計(jì)將小圓環(huán)拉到O'點(diǎn)，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F合'。改變拉力F1'、F2'的大小，多做幾次實(shí)驗(yàn)。將F合'與F1'、F2'的示數(shù)進(jìn)行比較，并分析F合'與F1'、F2'方向的關(guān)系。3.如圖8.4-3所示，用兩個(gè)彈簧測力計(jì)沿相反的方向水平拉橡皮筋，標(biāo)記下此時(shí)小圓環(huán)的位置O'點(diǎn)，并記下兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1'、F2'。實(shí)驗(yàn)結(jié)論同一直線上的兩個(gè)力，如果方向相同，合力的大小等于這兩個(gè)力的，合力的方向與這兩個(gè)力的方向大小之和相同;同一直線上的兩個(gè)力，如果方向相反，合力的大小等于這兩個(gè)力的，合力的方向與方向一致。大小之差較大的力知道了同一直線上二力合成的規(guī)則，就可以分析物體在同一直線上受兩個(gè)力作用的問題了。例如，行駛在平直軌道上的列車，如果牽引力與阻力大小相等，則合力等于0，二力平衡，列車將做勻速直線運(yùn)動(dòng);如果牽引力小于阻力，合力不為0，方向與列車前進(jìn)方向相反，列車將逐漸慢下來。某同學(xué)練習(xí)排球墊球時(shí)，排球離開胳膊后豎直上升，到達(dá)最高點(diǎn)后豎直下落。已知排球所受的重力約為2.7N，排球所受的空氣阻力與速度的大小有關(guān)，方向與運(yùn)動(dòng)方向相反。若排球在豎直上升過程的某時(shí)刻所受空氣阻力的大小約為0.5N，試計(jì)算排球此時(shí)所受力的合力的大小，并說明合力的方向。若排球在豎直下落過程的某時(shí)刻所受空氣阻力的大小也約為0.5N，則此時(shí)排球所受力的合力的大小和方向又是怎樣的?例題排球上升時(shí)合力為3.2N，排球下降時(shí)合力為2.2N，合力方向均豎直向下。解：排球豎直上升時(shí)，受到的重力和空氣阻力方向均豎直向下(圖甲)，這兩個(gè)力的方向相同。F合=G+F阻=2.7N+0.5N=3.2N排球豎直下落時(shí)，受到的重力豎直向下，空氣阻力豎直向上(圖乙)，這兩個(gè)力的方向相反。F合'=G-F阻=2.7N-0.5N=2.2N練習(xí)與應(yīng)用1.不同型號(hào)的帆船配有不同數(shù)量的船帆。動(dòng)力需求越大的帆船往往用越多的船帆(圖8.4-5)，這是為什么?帆船的動(dòng)力主要來源于風(fēng)對(duì)船帆的作用力。船帆越多，受到的力就越多，多個(gè)力共同作用的效果越顯著，即合力越大，帆船獲得的動(dòng)力越大。2.在研究同一直線上方向相同的兩個(gè)力的合成的實(shí)驗(yàn)中，兩次將小圓環(huán)拉至同一位置O點(diǎn)的目的是什么?使兩次力的作用效果相同實(shí)驗(yàn)中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)彈簧測力計(jì)并排拉圓環(huán)時(shí)，很難嚴(yán)格做到讓力F1和力F2在同一直線上。這兩個(gè)力之間會(huì)有一定的夾角，你是通過什么方法減小這個(gè)夾角的?用長短不同的兩段細(xì)繩分別拉橡皮筋頂端的小圓環(huán)，使彈簧測力計(jì)前后放置，避免彈簧測力計(jì)并排放置造成的夾角問題。F2F13.甲、乙兩人用一條繩子向同一方向拉一條船，甲用力300N，乙用力170N，船受到的拉力是多少?F甲=300NF乙=170NF合=F甲+F乙=300N+170N=470N同一直線上方向相同的兩個(gè)力，合力的大小等于這兩個(gè)力的大小之和。4.甲、乙兩人推一張桌子，甲用30N的力向右推，乙用50N的力向左推，兩個(gè)力沿同一直線。桌子受到兩個(gè)力的合力是多少?方向如何?F甲=30NF乙=50N同一直線上方向相反的兩個(gè)力，合力的大小等于這兩個(gè)力的大小之差。F合=F乙-F甲=50N-30N=20N方向與較大的力方向相同，方向向左。5.一個(gè)力F1的大小為5N，另一個(gè)力F2的大小為3N，它們都沿東西方向，向東還是向西并不確定。它們的合力F的大小和方向有哪幾種可能?請(qǐng)列舉各種可能情況，并說出每種情況下合力的大小和方向。F1=5NF2=3N當(dāng)F1、F2都向東時(shí)，F(xiàn)合=F1=5NF2=3NF2=3NF2=3NF1=5NF1=5N合力F的大小和方向有4種可能當(dāng)F1向西、F2向東時(shí)，F(xiàn)合=合力方向與較大的力F1的方向相同，方向向西;=2N，F(xiàn)1-F2=5N-3N合力方向與較大的力F1的方向相同，方向向東；當(dāng)F1向東、F2向西時(shí)，F(xiàn)合=F1-F2=5N-3N=2N，F(xiàn)1+F2=5N+3N=8N，合力方向與這兩個(gè)力方向相同，方向向東;當(dāng)F1、F2都向西時(shí)，F(xiàn)合=F1+F2=5N+3N=8N，合力方向與這兩個(gè)力方向相同，方向向西。復(fù)習(xí)與提高1.某同學(xué)在練習(xí)滑雪時(shí)，用滑雪杖撐地，人和滑雪板就一起向前滑行;收起滑雪杖,人和滑雪板就會(huì)慢慢停下來。由此他認(rèn)為，物體持續(xù)運(yùn)動(dòng)必須有力，沒有力的作用物體就會(huì)停下來。他的觀點(diǎn)正確嗎?請(qǐng)說明理由并解釋人和滑雪板停下來的原因。該同學(xué)的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。物體持續(xù)運(yùn)動(dòng)不需要有力。由牛頓第一定律可知，運(yùn)動(dòng)的物體在沒有受到力的作用時(shí)總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)的物體之所以停下來是由于受到阻力的作用。收起滑雪杖后，人和滑雪板就會(huì)慢慢停下來是由于空氣阻力和雪面的摩擦力的作用。2.雨滴在豎直下落的過程中，由于受到重力和阻力的作用，一般要經(jīng)歷加速和勻速兩個(gè)階段，最終落到地面。如果一滴雨滴所受的重力為5x10-4N，它在某時(shí)刻所受的阻力為3x10-4N，此時(shí)雨滴所受力的合力是多少?方向如何?雨滴在勻速下落過程中所受的阻力是多少?方向如何?阻阻雨滴加速下降時(shí)，重力大于阻力，F(xiàn)合=G-F阻=5×10-4N-3×10-4N=2×10-4N合力方向與重力的方向相同，方向豎直向下。雨滴勻速下降時(shí)，阻力等于重力，方向與重力的方向相反，方向豎直向上。3.在某次實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們研究同一直線上方向相反的兩個(gè)力的合成，三個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都跟課本中的結(jié)論非常吻合。老師把他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填在下表中，但隱藏了每個(gè)小組的一個(gè)數(shù)據(jù)。你認(rèn)為這三個(gè)數(shù)據(jù)可能是多少?請(qǐng)?zhí)钤谙卤碇小?.F1的大小為8N，方向豎直向下，要使F1與F2的合力方向豎直向上并小于3N，求F?的取值范圍。提示:題目給出合力的方向豎直向上，而合力的方向一定與較大的力的方向相同，現(xiàn)在合力的方向與力F1的方向不同，說明較大的力是F2。F2一定大于F1，即F2>8N。又由于合力小于3N，而F合=F2-F1，即F2-F1<3N,也就是F2-8N<3N,所以F2<11N。4.8N<F2<11N提示:題目給出合力的方向向上，可知向上的力一定大于向下的力，由此可以得到F2>8N,又由于合力小于3N，所以F2<11N。5.某同學(xué)猜想影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素可能有:接觸面所受的壓力、接觸面的粗糙程度。他使用接觸面越來越粗糙的木板1、2、3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表。(1)哪幾組實(shí)驗(yàn)是用來研究滑動(dòng)摩擦力與接觸面所受壓力的關(guān)系的?(2)哪幾組實(shí)驗(yàn)是用來研究滑動(dòng)摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系的?(3)從這次實(shí)驗(yàn)中你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律?1、2、3或4、5、63、6、7滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面所受壓力有關(guān)，與接觸面的粗糙程度有關(guān)。壓力一定時(shí)，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大;接觸面的粗糙程度一定時(shí)，接觸面所受壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大。6.請(qǐng)?jiān)趫D8-1中畫出運(yùn)動(dòng)員沿坡道下滑時(shí)所受的力(忽略空氣阻力)。7.一塊磨刀石有兩個(gè)磨刀面，其中一個(gè)面比較粗糙，用來粗磨，可以快速磨去菜刀上凹凸不平的部分;另一個(gè)面比較細(xì)膩，用來細(xì)磨，可以使刀刃平整、鋒利。假設(shè)用兩個(gè)磨刀面磨菜刀時(shí)，菜刀對(duì)磨刀石的壓力相同，則菜刀在哪個(gè)磨刀面上移動(dòng)需要更大的力?為什么?菜刀在粗糙的磨刀面上移動(dòng)需要更大的力。因?yàn)樵趬毫σ欢〞r(shí)，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大。8.在x坐標(biāo)軸上有三個(gè)力，其中F1沿著x軸正方向，大小為9N，F(xiàn)2和F3沿著x軸負(fù)方向，大小分別為3N和4N。求這三個(gè)力的合力的大小和方向。合力大小為2N，方向沿x軸正方向。F1F2F3共有四種解法（1）先求F1與F2的合力F12合=F1-F2=9N-3N=6N合力方向與F1相同，沿x軸正方向。再求F12合與F3的合力F123合=F12合-F3=6N-4N=2N合力方向與F12合相同，沿x軸正方向。合力大小為2N，方向沿x軸正方向。F1F2F3（2）先求F1與F3的合力F13合=F1-F3=9N-4N=5N合力方向與F1相同，沿x軸正方向。再求F13合與F2的合力F123合=F13合-F2=5N-3N=2N合力方向與F13合相同，沿x軸正方向。合力大小為2N，方向沿x