2018年秋人教版高一物理必修一第3章相互作用 4.ppt

第三章 相互作用 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 ※※ 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，这一个力叫作那几个力的 ______________ ，那几个力叫作这个力的 ______________ 。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 __________________________ ，这几个力就叫作共点力。 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 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。 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 θ 时，如图，合力随 θ 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。 D 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。 解析： 根据平行四边形定则可知：两个共点力的合力的大小不一定大于小的分力，如下图甲，也不一定小于大的分力，如下图乙；合力的大小也不随夹角的增大而增大如下图丙；并且也不一定大于任意一个分力。 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 。 如图所示，物体受到四个力作用，它们分别分布在两条互相垂直的直线上，且 F 1 ＝ 5N ， F 2 ＝ 8N ， F 3 ＝ 7N ， F 4 ＝ 11N 。 (1) F 1 和 F 2 的合力是多大？ F 3 和 F 4 的合力又是多大？ (2) 这四个力的合力是多大呢？总结该题求合力的最合理的方法。 答案： (1)3N ； 4N 　 (2)5N 方法： ① 先求出 F 1 和 F 2 的合力 F 12 ； ② 再求出 F 3 和 F 4 的合力 F 34 ； ③ 最后将 F 12 和 F 34 合成。 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 。 答案： 5.2 × 10 4 N 　方向竖直向下 C 解析： 如图所示， F 1 和 F 4 的合力等于 F 3 ， F 2 与 F 5 的合力等于 F 3 ，由于 F 3 ＝ 2 F 1 ＝ 20N ，所以这五个力的合力为 3 F 3 ＝ 60N 。 1 、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。 2 、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。 探究三　实验：验证力的平行四边形定则　 3 、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。 (3) 两个力拉： ① 通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到 O 点 ( 如下图所示 ) 。 ② 用铅笔记下 O 点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。 (4) 一个力拉： ① 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 。 ② 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。 4 ．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。 5 ．操作技巧及注意事项 (1) 正确使用弹簧测力计 ① 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。 ② 弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用。 ③ 使用前要检查指针是否在零刻度线上，否则应校正零位。 ④ 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。 ⑤ 读数时应正对、平视刻度。 (2) 实验注意事项 ① 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 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。 ③ 经验得知两个分力 F 1 、 F 2 间夹角 θ 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 θ 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。 ④ 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。 ⑤ 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 _____________________________ 。 没有记录两拉力的方向 没有说明要把结点拉至 O 点 (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 ______________N 。 (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。 F ′ 解题指导： 掌握实验原理及操作步骤是解题的关键。 由图读出水平测力计示数为 4.0 竖直测力计示数为 2.5 (2) 在本题的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。 答案： (2) 作图如下图所示 素 养 提 升 【 命题素材 】 交通运输中，机械生产中，日常生活中，力的合成处处可见，以这些情景为背景，可以从合力概念的理解、合力与分力关系的分析等多个角度进行考查。 科学 · 技术 · 社会 · 环境 —— 生活中的力学问题 【 信息提取流程 】 1 ．信息定位：研究受力物体所受的分力、合力，并对其大小、方向方面的规律进行分析讨论。 2 ．物理模型：等效代替思想，平行四边形定则。 3 ．物理知识：平行四边形定则，平行四边形相关的几何知识。 4 ．结果讨论：两个大小相等的分力合成，合力大小确定时，夹角越大，分力越大；分力大小确定时，夹角越大，合力越小。 BCD 课 堂 达 标 课 时 作 业