2012【优化方案】精品课件：物理教科必修1第2章第五节

(共41张PPT)
第五节　力的合成
课标定位：
应用：1. 运用力的平行四边形定则求共点力的合力．
2．分析生产和生活中的有关问题．
理解：1. 力的平行四边形定则．
2．合力的大小和分力夹角的关系．
认识：1. 合力、分力、力的合成以及共点力的概念．
2．力的平行四边形定则只适用于共点力．
第五节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、力的合成
1．合力与分力：如果一个力的___________与几个力共同作用的_______相同，这个力就叫做那几个力的______，原来的几个力叫做这个力的________．
2．力的合成：求几个力的______叫做力的合成．
3．共点力：作用于物体上同一点，或者力的作用线相交于同一点的几个力称为共点力．
作用效果
效果
合力
分力
合力
二、实验：探究共点力合成的规律
1．实验目的：探究合力与分力的关系．
2．实验原理：根据等效替代法，将橡皮条的一端固定，另一端用两个力F1、F2拉，使其伸长一定长度，再用一个力F作用于橡皮条的同一点，使其伸长同样的长度，那么F与F1、F2的作用效果相同；若记下F1、F2的大小和方向，画出各个力的图示，就可以研究F与F1、F2的关系了．
3．实验器材：白纸、木板、橡皮筋、细绳、刻度尺、弹簧测力计、铅笔、滑轮(若干)、图钉(若干)．
4．实验步骤
(1)在水平放置的图板上固定一张白纸，将橡皮筋的一端固定在图板上的K点处，橡皮筋的自然长度为KE，如图2－5－1甲所示．
(2)让橡皮筋在互为120°的两个弹簧测力计的共同作用下沿KE方向由E点伸长至O点，此时弹簧测力计的示数分别为F1和F2，做出F1和F2的图示，如图乙所示．撤去F1和F2，用一个弹簧测力计直接拉着橡皮筋沿KE伸长到O点，此时弹簧测力计的示数为F，如图丙所示，在同一张纸上作出F的图示．
(3)改变F1和F2的大小和方向，重复上述的实验和作图．
图2－5－1
5．实验结论：用表示共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形，那么合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示．这就是力的平行四边形定则．
三、互成直角的两个力的合成
1.互成直角的共点力的合成
图2－5－2
2．求多个共点力合成的方法
先把任意两个力合成，求得合力后，再把这个合力与___________合成，依次进行，最终求得全部共点力的合力．
第三个力
思考感悟
两个人共提一桶水，要想省力，两个人拉力间的夹角应大些还是小些，为什么？请用橡皮筋做个简单实验来验证你的结论．
提示：夹角应小一些．两个力的大小确定时，合力随这两个力之间夹角的减小而增大．反之，保证合力不变时(在这个问题中，合力的大小等于一桶水重力的大小)，两分力的大小会随两个力间夹角的减小而减小，因此，夹角小一些，会更省力．
核心要点突破
一、合力与分力的关系
1．正确理解合力与分力
(1)合力与几个分力间是相互替代关系，受力分析时，分力与合力不能同时作为物体所受的力．
(2)只有同一物体同时受到的力才能合成．
2．合力与分力间的大小关系
(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)两力成某一角度θ时，如图2－5－3所示，三角形AOC的每一条边对应一个力，由几何知识可知：两边之和大于第三边，两边之差小于第三边，即|F1－F2|图2－5－3
(4)夹角θ越大，合力就越小．
(5)合力可以大于等于两分力中的任何一个力，也可以小于等于两分力中的任何一个力．
特别提醒：(1)若三个共点力F1、F2、F3的合力为F，设F1≤F2≤F3.显然，当三个力方向相同时，合力F最大，Fmax＝F1＋F2＋F3.
(2)若三个力中任何一个力在另外两个力的合力的变化范围内，则合力F最小值为零，Fmin＝0；若三个力中任何一个力不在另外两个力的合力的变化范围内，则当较小的两个力F1与F2方向相同且与F3方向相反时，合力F最小，Fmin＝|F3－(F1＋F2)|.
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.关于几个力与其合力，下列说法正确的是(　　)
A．合力的作用效果跟原来那几个力共同作用产生的效果相同
B．合力与原来那几个力同时作用在物体上
C．合力的作用可以替代原来那几个力的作用
D．求几个力的合力遵循平行四边形定则
解析：选ACD.合力与分力是“等效替代”的关系，即合力的作用效果与几个分力共同作用时的作用效果相同，合力的作用效果可以替代这几个分力的作用效果，不能认为合力与分力同时作用在物体上，所以A、C正确，B不正确；求合力应遵循平行四边形定则，所以D正确．
二、合力的求解方法
1．作图法：要选取统一标度，严格作出力的图示以及平行四边形，用统一标度去度量作出的平行四边形的对角线，求出合力的大小，再量出对角线与某一分力的夹角，求出合力的方向．
2．计算法：设共点力F1、F2的夹角为θ，作出力的合成示意图(如图2－5－4)，则F的大小等于OC的长度所对应的力的大小，F的方向与F1成α角．由图可看出，OC是平行四边形OACB的一条对角线，OC又是三角形OAC的一条边．可见，一旦作出了力的合成示意图，就将求解合力的物理问题转化成数学的几何问题了．
图2－5－4
图2－5－5
图2－5－6
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．
例1
两个共点力的大小分别为F1＝15 N，F2＝9 N，它们的合力不可能等于(　　)
A．9 N　　　　　　　　　　
B．25 N
C．6 N
D．21 N
课堂互动讲练
合力与分力的关系
【思路点拨】　解答本题时应注意以下三点：
(1)力的合成遵循平行四边形定则．
(2)两分力夹角越小，合力越大．
(3)合力的范围|F1－F2|≤F≤F1＋F2.
【精讲精析】　两个力合成时，合力的范围是|F1－F2|≤F合≤F1＋F2，即6 N≤F合≤24 N，由此可知，A、C、D可能，B不可能．
【答案】　B
变式训练1　小强的妈妈提一桶水，向上提起的力为150 N，小强和小勇接过来共同来提，关于小强和小勇的用力，下列说法正确的是(　　)
A．他俩必分别只用75 N的力
B．他俩可分别用100 N的力
C．他俩都可用小于75 N的力
D．他俩的力不可能大于75 N
解析：选B.小强和小勇两人用力的合力大小应为150 N，则两个分力不可能都小于75 N，应该大于等于75 N.
例2
合力的计算
一个物体受到大小相等的两个拉力作用，每个拉力都是100 N，夹角为90°，求这两个力的合力．
【思路点拨】　本题中的两个力大小相等，夹角为90°，所以可以用作图法和计算法来求解合力的大小．
【精讲精析】　法一(作图法)：取5 mm长线段表示20 N，作出平行四边形如图2－5－7所示：量得对角线长为35 mm，则合力F大小为140 N，方向沿F1、F2夹角的平分线方向，与F1夹角为45°.
图2－5－7
图2－5－8
【答案】　140 N(或141.4 N)　方向与F1成45°
【方法总结】　(1)在利用作图法求解时，一定要注意各力均使用同一标度．
(2)计算法是根据平行四边形定则作出示意图，把力归结到一个三角形中，然后利用解三角形的方法求出合力(常用方法)．
变式训练2 水平横梁一端插在墙壁内，另一端装小滑轮B.一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量m＝10 kg的重物，∠CBA＝30°，如图2－5－9所示，则滑轮受到绳子的作用力为(g取10 N/kg)(　　)　
图2－5－9
一物体受到同一平面内的三个共点力作用，其大小分别为：F1＝30 N，F2＝40 N，F3＝50 N，则它们的合力的最大值与最小值分别是多少？
【思路点拨】　本题的难点是求合力的最小值，首先要判断出合力的最小值是否为0.
例3
三个力的合成问题
【自主解答】　当三个力方向相同时，其合力最大，最大值为：
Fmax＝F1＋F2＋F3＝120 N.
三个力中，较小的两个力是F1和F2，其二者的合力范围F2－F1≤F12≤F1＋F2即10 N≤F12≤70 N，包括F3＝50 N，所以三个力合力的最小值为零．
【答案】　120 N　0
【方法总结】　三个力合成时，当它们的方向相同时，合力最大，若三个力中较小的两个力的和大于等于第三个力，其差小于第三个力，则三个力的合力的最小值为零，若两个较小力的和小于第三个力，则三个力的合力的最小值等于第三个力减去两个较小力的和，方向与第三个力的方向相同．
变式训练3　物体同时受到同一平面内三个共点力的作用，下列几组力的合力不可能为零的是(　　)
A．5 N,7 N,8 N
B．5 N,2 N,3 N
C．1 N,5 N,10 N
D．10 N,10 N,10 N
解析：选C.三力合成时，若两个力的合力可与第三力大小相等、方向相反，就可以使这三个力的合力为零，只要第三力在其他两个力合力范围内，其合力就可能为零，即第三力F3要满足：|F1－F2|≤F3≤F1＋F2.
A中前两力合力范围为2 N≤F合≤12 N，第三力在其范围内；B中，3 N≤F合≤7 N，第三力在其合力范围内；C中，4 N≤F合≤6 N，第三力不在其合力范围内；D中，0 N≤F合≤20 N，第三力在其合力范围内；故只有C项中，第三力不在前两力合力范围内，C项中的三力合力不可能为零．
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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