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?！斫夂狭εc分力的概念，體會(huì)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(huì)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(shí)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(gè)物體受到幾個(gè)力共同作用時(shí)，如果一個(gè)力的_____________跟這幾個(gè)力的共同___________相同，這一個(gè)力叫做那幾個(gè)力的_______，那幾個(gè)力叫做這個(gè)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(gè)力的_______的過程。2．兩個(gè)力的合成(1)遵循法則——__________________(2)方法：以表示這兩個(gè)力的線段為______作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線表示___________________。3．兩個(gè)以上的力的合成方法：先求出任意兩個(gè)力的合力，再求出這個(gè)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(gè)力所有的力第九頁，共58頁。1．定義：幾個(gè)力如果都作用在物體的_______，或它們的_____________________，這幾個(gè)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(gè)力的合力一定等于這兩個(gè)力的代數(shù)和。(

)(2)兩個(gè)力的合力一定大于其中任意一個(gè)力的大小。(

)(3)兩個(gè)力的合力的方向可能與兩個(gè)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(cuò)，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(qǐng)你結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)再舉一個(gè)相似的例子。探究一對(duì)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(gè)成年人單獨(dú)提起，也可以由兩個(gè)小孩共同提起。兩個(gè)小孩對(duì)水桶的作用效果與一個(gè)成年人對(duì)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?cè)谛Ч峡梢韵嗷ヌ娲?2)同體性：各個(gè)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(shí)性：各個(gè)分力與合力具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，某個(gè)分力變化了，合力也同時(shí)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(shí)(1)兩力同向時(shí)合力最大：F＝F1＋F2，方向與兩力同向；(2)兩力方向相反時(shí)，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(shí)，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(gè)分力都有對(duì)應(yīng)的施力物體，而合力沒有與之對(duì)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(gè)分力中的任何一個(gè)力，也可以小于兩分力中的任何一個(gè)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(shí)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(shí)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(cè)量小桶的重力，而與繩子的長(zhǎng)短無關(guān)，故A錯(cuò)誤，B正確；合力一定，當(dāng)兩繩的夾角越大時(shí)，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(cuò)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(gè)力的合力并非等于兩個(gè)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(cè)量工具測(cè)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(shí)求解對(duì)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(shí)，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(jiǎn)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(shí)，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(shí)，應(yīng)用計(jì)算法求合力更簡(jiǎn)單。解析：把兩根鋼索的拉力看成沿鋼索方向的兩個(gè)分力，以它們?yōu)猷忂叜嫵鲆粋€(gè)平行四邊形，其對(duì)角線就表示它們的合力。由對(duì)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(gè)合力的大?。旱谌豁?，共58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(zhǎng)度為1×104N，則OA和OB的長(zhǎng)度都是3個(gè)單位長(zhǎng)度，作出平行四邊形和對(duì)角線OC。量得對(duì)角線OC長(zhǎng)為5.2個(gè)單位長(zhǎng)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(gè)力合成時(shí)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(gè)力F′的作用效果與兩個(gè)力F1、F2的共同作用效果都能使橡皮條伸長(zhǎng)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(cè)力計(jì)(兩個(gè))、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、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(gè)細(xì)繩套。第三十六頁，共58頁。第三十七頁，共58頁。(4)一個(gè)力拉：①只用一個(gè)測(cè)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(cè)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(gè)彈簧測(cè)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(cè)量值：按同樣的比例用刻度尺從O點(diǎn)起作出一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)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(cè)力計(jì)①彈簧測(cè)力計(jì)的選取方法：將兩只彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后互鉤水平對(duì)拉，若兩只彈簧測(cè)力計(jì)在對(duì)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(cè)力計(jì)不能在超出它的測(cè)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(cè)力的方向應(yīng)與彈簧測(cè)力計(jì)軸線方向一致，拉動(dòng)時(shí)彈簧不可與外殼相碰或摩擦。⑤讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)、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(gè)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(gè)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(cè)力計(jì)應(yīng)在同一平面內(nèi)，測(cè)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(zhǎng)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(gè)定點(diǎn)的位置，并使這兩個(gè)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(gè)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(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩拉橡皮條，使它的伸長(zhǎng)量與兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)相同，讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F′和記下細(xì)繩的方向。請(qǐng)指出以上步驟中的錯(cuò)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(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1、F2已在圖中畫出，圖中的方格每邊長(zhǎng)度表示2N，O點(diǎn)是橡皮條的結(jié)點(diǎn)，請(qǐng)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(cè)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(cè)力計(jì)共同作用時(shí)，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(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí)，拉力F3的方向過P3點(diǎn)。力F1的大小如彈簧測(cè)力計(jì)所示，F(xiàn)1＝______N(已知F2＝2.63N，F(xiàn)3＝4.41N)。(2)同學(xué)們?cè)诓僮鬟^程中有如下議論，其中正確是___。A．兩根細(xì)繩必須等長(zhǎng)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(zhǎng)量相同，結(jié)點(diǎn)O點(diǎn)的位置可以變動(dòng)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(qǐng)?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(gè)小格代表0.1N，所以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2.92N。(2)通過兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條時(shí)，并非要求兩細(xì)繩等長(zhǎng)，故A錯(cuò)誤；測(cè)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(shí)必須將其結(jié)點(diǎn)拉至同一個(gè)位置，結(jié)點(diǎn)O點(diǎn)的位置不可以變動(dòng)，故C錯(cuò)誤；兩細(xì)線拉橡皮條時(shí)，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(cuò)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(dòng)的狀態(tài)。2．平衡條件：合力為零(共點(diǎn)力作用時(shí))。3．重要結(jié)論。(1)三力匯交原理：當(dāng)物體受到三個(gè)非平行的共點(diǎn)力作用而平衡時(shí)，這三個(gè)力