2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理必修第一册-4.1 科学探究：力的合成 课件(共46张PPT)

(共46张PPT)
1
力的合成
第四章 力与平衡
、共点力
O
O
这五个力作用
在同一个点上
共点力：如果一个物体同时受两个或更多个力的作用，这些力共同作用在物体上的同一点，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线相交于同一点，这几个力叫做共点力。
物体可以视为质点
力的作用点相重合
力的延长线能够相交于同一点
使灯静止悬挂屋顶
使弹簧的伸长相同的长度
两个力的作用效果
一个力的作用效果
？
=
1、一个力产生的效果跟几个力共同产生的效果相同，这个力叫做那几个力的合力。原来的几个力叫做分力。
一、合力、分力的概念
2、合力与分力的关系：
分力
等效替代
合力
3.力的合成：求几个（分）力的合力的过程。
力的合成就是在不改变其作用效果情况下，找一个力去代替几个已知力。
在实际问题中，就可以用合力来代替那几个分力，这是力的等效代替，而不是物体又多受了一个合力。
等效于
等效于
二、二力的合成（同一直线）
合成
合力方向与较大力的方向相同.
合力方向与F1、F2的方向相同.
1.同一直线上力的合成
反向：F=｜F1 - F2｜
同向：F=F1 + F2
合成
2.互成角度的两个力的合成
二、力的合成
问题

问题：如果力F1、F2不在同一直线上，它们的合力大小还是相加减吗
F1
F2
F1
F2
⑴
F
F
⑵
二实验探究：力的合成
制定计划与设计实验
实验目的：探究求合力的方法。
实验原理：合力的作用效果与几个分力的作用效果相同。
实验器材:
方木板、白纸、橡皮筋、细绳套、弹簧测力计2把、三角板1副、铅笔，刻度尺
思考：用什么方法表示分力与力的大小和方向？
力的图示
(1)钉白纸：在桌上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉 在方木板上。
实验步骤
(2)拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端栓上两条细绳套。
实验步骤
注意：请设计好伸长结点的位置，以便作图。
思考
2.怎样确定两个分力F1、F2的大小、方向？
F1
F2
O
(3)两个力拉：用两个弹簧秤分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。
注意
F1
F2
O
F
3.怎样使F单独作用效果与F1、F2共同作用效果相同？
合力
分力
等效替换
思考
(4)一个力拉：用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧秤的示数。
操作技巧及注意事项：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。
【注意事项】
1、弹簧秤使用前应将弹簧秤水平放置，然后检查、矫正零点，需了解弹簧秤的量程、单位和最小刻度，读数时视线要正对刻度盘。
2、选择弹簧秤时，可将两弹簧秤自由端钩在一起，沿水平方向拉伸，看两个读数变化是否一样，若一样即适用。
3、用弹簧秤测拉力时，应使拉力沿弹簧的轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。
4、不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条，要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化。
5、同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变。
6、白纸不要选得过小，画力的图示时应选择适当的单位长度，尽可能使图画得大一些。严格按力的图示要求和几何方法作出力的合力。
F1
F2
F
F/
O
E
F1
O
F2
A
E
O
E
F/
注意事项
1．位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．
2．角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．
3．尽量减少误差
(1)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，测量数据应尽量大一些．
(2)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套方向画直线，应在细绳套两端画个投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向．
4．统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些 ．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。
F1=10.0 N
F2=6.8 N
F合=12.8 N
O
2N
F2
F合
·
F1
O
求两个力的合力时，可分别用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这叫做力的平行四边形定则。
结论：
【误差分析】
本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差，作图误差。
【减小误差的方法】
1、弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行
2、弹簧秤读数不能太小，按有效数字正确读数和记录
3、拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些
4、画力的图示时应选择适当的单位长度，尽可能使图画得大一些
5、用直尺、三角板作图，两力的对边要平行
例1：力F1＝45N,方向水平向右。力F2＝60N,方向竖直向上。求这两个力的合力F的大小和方向。
①选择标度。用0.8cm的长度表示15N的力
④量取表示合力的对角线长度，由标度得合力F大小。
用量角器量得合力F与F1的夹角θ交代方向。
（1）.作图法
F1
F2
F
o
15N
θ
②按选择的标度作出力F1，F2.
③以F1，F2为邻边，作平行四边形并作出对角线。
应用平行四边形定则的四点提醒
1.分力、合力的作用点相同，切忌弄错表示合力的对角线。
2.分力、合力的比例要一致，力的标度要适当。
3.虚线、实线要分清，表示分力和合力的两条邻边和对角线画实线，并加上箭头，平行四边形的另两条边画虚线。
4.求合力时既要求出合力的大小，又要求出合力的方向。
巩固与练习
1 在“互成角度的两个力的合成”实验中，采取下列哪些方法 和步骤可以减小实验误差。（ ）
A 两个分力F1，F2间的夹角要尽量大些；
B两个分力F1，F2的大小要尽量大些；
C拉橡皮条的细绳要稍长些；
D实验中，弹簧秤必须与木版平行，读数时视线要正
对弹簧秤刻度。
巩固与练习
2
如图是两位同学在做本实验时的到的结果，可以判定，其中哪一个实验结果比较符合实验事实？（ ）
F2
F1
F2
F F/
甲
F1
F
F/
乙
对于同一物体产
生相同的效果
已知分力
合力
力的合成
平行四边形定则
以两个共点力为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向
遵循
由于力不仅有大小、还具有方向，所以两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同，说明两次效果不同，不满足合力与分力的等效替代关系，不能验证平行四边形定则。
思考
1.若两次实验橡皮条的拉长长度相同但结点位置不同，能否验证平行四边形定则？
2.每次实验都必须保证结点的位置保持不变，这体现了怎样的物理思想方法？
物理学中等效替代的思想。
1、一种思想：等效替代的思想
2、一个定则：平行四边形定则
3、一个道理：团结力量大
小结：
F2
F合
·
F1
O
求两个力的合力时，可分别用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这叫做力的平行四边形定则。
结论：
一、求共点力的合力的方法
F1
F2
θ
由余弦定理：
F1
F2
F
二、力的合成——用余弦定理求合力
F1
F1
F2
θ
由余弦定理：
F1
F2
F
二、力的合成——用余弦定理求合力
F1
F1
练习1：如图，F1=F2=90N，夹角θ=1200，求合力大小和方向.
F1
F2
F
θ
由三角形知识可得：
计算法：
合力F与F2夹角
F
练习2：如图，F1=F2=90N，夹角θ=600，求合力大小和方向.
F1
F2
θ
由三角形知识可得：
计算法：
合力F与F2夹角
2.共点力的合成：遵循平行四边形定则。
（1）平行四边形定则只适用于共点力，不适用于非共点力。
（2）多个共点力不一定在同一平面内，但其合成遵循平行四边形定则。
（2）使用范围：平行四边形定则是矢量的合成法则，适用于所有矢量的计算。如力、速度、位移、加速度等。
（3）应用拓展：平行四边形也适用于求多个力的合成。如果两个以上的力作用在同一物体上，也可以应用平行四边形定则求出它们的合力。先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成为止，最后得到的结果就是这些力的合力。
(2018·吉林省实验中学高一上学期期中)某物体同时受到同一平面内的三个共点力作用，在如图所示的四种情况中(坐标纸中每格边长表示1 N的大小的力)，该物体所受的合外力大小正确的是(　　)
A．甲图中物体所受的合外力大小等于4N B．乙图中物体所受的合外力大小等于2N
C．丙图中物体所受的合外力大小等于0 D．丁图中物体所受的合外力大小等于0
D　
三力合成的取值范围
最大值：F合＝F1＋F2 ＋ F3
最小值：？
F1= 2N F2 =5N F3=8N
F1= 4N F2 =5N F3=8N
有两组共点力:甲组三个力的大小分别为6 N、8 N、12 N,乙组三个力的大小分别为5 N、7 N、14 N,那么下列判断中正确的是(　　)。
A.甲、乙两组合力的最大值相同
B.甲、乙两组合力的最小值相同
C.甲组合力的最小值不可能等于零
D.乙组合力的最小值为2 N
AD
两个大小相等的共点力F1、F2，当它们之间的为90°时合力大小为20N，则当它们间夹角为120°时，合力的大小为（ ）
A、40N B、
C、 D、
B
二、平行四边形定则
三角形定则：
力的三角形定则和多边形定则
两个力F1、F2求合力时，先平移力F2使两力首尾依次相连，合力的大小和方向用从第一个力的始端指向第二个力的末端的有向线段表示。这样就将求合力转化为解三角形！
练习：指出如图所示每幅图中的合力与分力，并说明它们的关系.
二、平行四边形定则
力的三角形定则和多边形定则
若物体受到两个以上的共点力作用又该如何求它们的合力
逐次合成法：先求出两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力
二、平行四边形定则
多边形定则：按照各个力的的方向依次首尾相连的把各个力画出来，则第一个力的起始端指向最后一个力的末始端（箭头）。
力的三角形定则和多边形定则
注意：如果多个共点力首尾相连后恰好构成一个封闭的多边形，则这些力的合力为零。
F1
F2
F3
F4
F12
F123
F1234
先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。
三、力的合成——多力合成
如左图在正六边形顶点A分别施以F1～F5 5个共点力，其中F3=10N，A点所受合力为 ；如右图，在A点依次施以1N～6N，共6个共点力，且相邻两力之间夹角为600，则A点所合力为______。
30N，方向与F3相同　
6N