高中物理人教版力的合成.ppt

单击此处编辑母版文本样式,返回导航,第三章相互作用,物理必修,人教版,物 理,必修,人教版,新课标导学,第三章,4力的合成,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,1,课前预习,2,课内探究,3,素养提升,4,课堂达标,5,课 时 作 业,课 前 预 习,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,1,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,1,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,判一判,(1),两个力的合力一定等于这两个力的代数和。,(,),(2),两个力的合力一定大于其中任意一个力的大小。,(,),(3),两个力的合力的方向可能与两个分力的方向都不相同。,(,),(4),共点力一定作用于物体上的同一点。,(,),(5),共点力一定作用于同一物体上。,(,),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。,AD,方法：,先求出,F,1,和,F,2,的合力,F,12,；,再求出,F,3,和,F,4,的合力,F,34,；,最后将,F,12,和,F,34,合成。,课 内 探 究,如图所示是大家都很熟悉的,“,曹冲称象,”,的故事。,图中曹冲根据什么得到大象和船上石头的重力相等？其中包含什么思想方法？请你结合生活经验再举一个相似的例子。,探究一,对合力与分力的进一步理解,提示：,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。,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。,2,合力与分力间的大小关系,当两分力,F,1,、,F,2,大小一定时,(1),两力同向时合力最大：,F,F,1,F,2,，方向与两力同向；,(2),两力方向相反时，合力最小：,F,|,F,1,F,2,|,，方向与两力中较大的力同向。,(3),两力夹角为,时，如图，合力随,的增大而减小，合力大小的范围是：,|,F,1,F,2,|,F,F,1,F,2,。,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。,解题指导：,解答本题时需要把握以下两点：,(1),合力与分力作用效果相同，但不同时作用在物体上；,(2),合力与分力遵循平行四边形定则。,D,BD,解析：,由题意可知，弹簧秤是测量小桶的重力，而与绳子的长短无关，故,A,错误，,B,正确；合力一定，当两绳的夹角越大时，分力也越大，甲图中绳的拉力之间的夹角小于乙图中的夹角，则甲图中绳的拉力比乙图中的小，故,C,错误，,D,正确；故选,B,、,D,。,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？,提示：,不一定。两个力的合力并非等于两个力大小之和，应根据平行四边形定则，用作图或者计算的方法求得合力。,探究二,求合力的方法,1,作图法,根据平行四边形定则用作图工具作出平行四边形，然后用测量工具测量出合力的大小、方向，具体操作流程如下：,2,计算法,可以根据平行四边形定则作出分力及合力的示意图，然后由几何知识求解对角线，即为合力。,以下为求合力的两种特殊情况：,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。,解题指导：,本题可用作图法或计算法求解。,(1),作图法简单、直观，是物理学中常用的方法之一，但不够精确。,(2),在应用计算法时，要画出力的合成的示意图。,(3),两力夹角为特殊角,(,如,120,、,90,等,),时，应用计算法求合力更简单。,解析：,把两根钢索的拉力看成沿钢索方向的两个分力，以它们为邻边画出一个平行四边形，其对角线就表示它们的合力。由对称性可知，合力方向一定沿塔柱竖直向下。下面用两种方法计算这个合力的大小：,解法一：作图法,如下图甲所示，自,O,点引两根有向线段,OA,和,OB,，它们跟竖直方向的夹角都为,30,。取单位长度为,1,10,4,N,，则,OA,和,OB,的长度都是,3,个单位长度，作出平行四边形和对角线,OC,。,量得对角线,OC,长为,5.2,个单位长度，所以合力的大小为,F,5.2,1,10,4,N,5.2,10,4,N,。,B,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,F,1,、,F,2,的共同作用效果都能使橡皮条伸长到同一点，则,F,为,F,1,和,F,2,的合力，作出,F,的图示，再根据平行四边形定则作出,F,1,和,F,2,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。,探究三,实验：验证力的平行四边形定则,3,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。,(4),一个力拉：,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,。,记下测力计的读数和细绳的方向。,(5),重复：改变,F,1,和,F,2,的夹角和大小，再做两次。,5,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,F,1,和,F,2,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。,6,操作技巧及注意事项,(1),正确使用弹簧测力计,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。,弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用。,使用前要检查指针是否在零刻度线上，否则应校正零位。,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。,读数时应正对、平视刻度。,(2),实验注意事项,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。,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。,经验得知两个分力,F,1,、,F,2,间夹角,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,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。,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。,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。,B,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,F,1,、,F,2,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,_,。,没有记录两拉力的方向,没有说明要把结点拉至,O,点,(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,F,1,和,F,2,合力的实际测量值。,解题指导：,掌握实验原理及操作步骤是解题的关键。,F,(1),实验记录纸如图乙所示，两弹簧测力计共同作用时，,O,点为结点的位置，拉力,F,1,和,F,2,的方向分别过,P,1,和,P,2,点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力,F,3,的方向过,P,3,点。力,F,1,的大小如弹簧测力计所示，,F,1,_N(,已知,F,2,2.63N,，,F,3,4.41N),。,(2),同学们在操作过程中有如下议论，其中正确是,_,。,A,两根细绳必须等长,B,弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行,C,同一次实验中只要橡皮筋的伸长量相同，结点,O,点的位置可以变动,D,橡皮条应该与两绳夹角的角平分线在同一直线上,(3),请在答题纸上作出,F,1,和,F,2,的合力,F,(,标度已给出,),；并求出合力,F,_N,。,2.92,B,4.30,解析：,(1),由图知,1N,之间有,10,小格，一个小格代表,0.1N,，所以弹簧测力计的示数为,2.92N,。,(2),通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时，并非要求两细绳等长，故,A,错误；测量力的实验要求尽量准确，为了减小实验中因摩擦造成的误差，操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，故,B,正确；本实验采用,“,等效法,”,，为了使两次拉伸橡皮条的效果相同，要求两次拉橡皮条时必须将其结点拉至同一个位置，结点,O,点的位置不可以变动，故,C,错误；两细线拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定橡皮条要在两细线的夹角平分线上，故,D,错误，故选,B,。,(3),根据平行四边形定则先作出,F,2,与,F,1,的合力，如图所示，由图得,F,1,、,F,2,的合力大小,4.30N,。,素 养 提 升,1,平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动的状态。,2,平衡条件：合力为零,(,共点力作用时,),。,3,重要结论。,(1),三力汇交原理：当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时，这三个力必交于一点。,(2),若处于平衡状态的物体仅受两个力作用，这两个力一定大小相等、方向相反、作用在一条直线上，即二力平衡。,共点力的平衡状态及处理方法,(3),物体受到三个共点力作用而处于平衡状态时，其中的任一个力与另外两个力的合力等大反向。,(4),物体受到,N,个共点力作用而处于平衡状态时，取出其中的一个力，则这个力必与剩下的,(,N,1),个力的合力等大反向。,D,课 堂 达 标,课 时 作 业,