高中物理人教版必修1课件：第3章 4力的合成143张PPT

(共143张PPT)
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
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：①先求出F1和F2的合力F12；
②再求出F3和F4的合力F34；
③最后将F12和F34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F1、F2大小一定时
(1)两力同向时合力最大：F＝F1＋F2，方向与两力同向；
(2)两力方向相反时，合力最小：F＝|F1－F2|，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：|F1－F2|≤F≤F1＋F2。
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1×104N，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＝5.2×1×104N＝5.2×104N。
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F1、F2的共同作用效果都能使橡皮条伸长到同一点，则F′为F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2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：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F1和F2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F1和F2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
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F1、F2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__________________________。
(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F1、F2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F1和F2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F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点。力F1的大小如弹簧测力计所示，F1＝______N(已知F2＝2.63N，F3＝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F1和F2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F2与F1的合力，如图所示，由图得F1、F2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