2019-2020学年高中物理 第2章 5 力的合成课件 教科版必修1

5.力的合成1.理解合力、力的合成和共点力的概念.2.掌握力的平行四边形定则,会用平行四边形定则求合力.3.会确定两个共点力或多个共点力合力的范围.项目内容合力和分力如果一个力产生的效果跟几个力共同作用产生的效果相同,这个力就叫那几个力的合力,那几个力就叫这个力的分力(合力和分力的关系:等效替代)力的合成求几个力的合力叫力的合成共点力物体同时受几个力作用,这些力作用于同一点或作用线交于一点项目内容合成法则(1)平行四边形定则(矢量运算法则):求共点力F1、F2的合力,可以把表示F1、F2的线段为邻边作平行四边形,它的对角线即表示合力的大小和方向(2)三角形定则:求F1、F2的合力,可以把表示F1、F2的有向线段首尾相接,从F1的起点指向F2的末端的有向线段就表示合力F的大小和方向平行四边形定则三角形定则多边形定则探究一探究二探究三合力与分力的关系①等效性:合力对物体的作用效果与几个分力对物体的共同作用效果相同.合力与几个分力间是相互替代关系,所以受力分析时,分力与合力不能同时作为物体所受的力②同物性:合成的各力是作用在同一物体上的力,作用于不同物体上的力不能求合力,所以合力与分力的受力物体是同一物体③同时性:物体所受的某分力发生变化时,其合力也同时变化探究一探究二探究三①两个力同向时合力最大:F=F1+F2,方向与两个力同向②两个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③两个力成某一角度θ时,如图所示,三角形AOC的每一条边对应一个力,由几何知识知道:两边之和大于第三边,两边之差小于第三边,即|F1-F2|FF1+F2.因此合力大小的范围是|F1-F2|≤F≤F1+F2④夹角θ越大,合力就越小⑤合力可能大于某一分力,也可能小于某一分力,还可能等于某一分力的大小探究一探究二探究三合力的求法从力的作用点起,依两个分力的作用方向按同一标度作出两个分力F1、F2,并构成一个平行四边形,这个平行四边形的对角线的长度按同样比例表示合力的大小,对角线的方向就是合力的方向,通常可用量角器直接量出合力F与某一个力(如F1)的夹角φ,如图所示.图中F1=50N,F2=40N,F=80N,合力F与分力F1的夹角约为30°.警示:作图法求合力虽然简单、直观,但不精确,误差较大,因此在作图时要特别注意:所用分力、合力的比例要适当,虚线、实线要分清.探究一探究二探究三从力的作用点按照分力的作用方向画出力的平行四边形后,利用几何知识算出对角线所表示的合力的大小.具体情况如下:①当θ=0°时,即F1和F2同向,此时合力最大,Fmax=F1+F2,方向与两个力的方向相同②当θ=180°时,即F1和F2的方向相反,此时的合力最小,Fmin=|F1-F2|,方向跟两个力中较大的那个力的方向相同③当θ=90°时,即F1和F2互相垂直,如图所示,由直角三角形的知识得合力F=F12+F22,tan𝛼=F2F1探究一探究二探究三④夹角为θ、两个等大的力的合成,如图所示,作出的平行四边形为菱形,利用其对角线互相垂直的特点可得直角三角形,解直角三角形求得合力F'=2Fcosθ2,合力𝐹′与每一个分力的夹角均等于θ2⑤当θ=120°时的两个等大的力的合成,如图所示,F'=2F·cos120°2=𝐹,即合力的大小等于分力.实际上,对角线把画出的菱形分为两个等边三角形,所以合力与分力等大探究一探究二探究三实验:探究共点力合成的规律(1)若用一个力F'或两个力F1和F2共同作用都能把橡皮条沿某一方向拉至相同长度,即力F'与F1、F2的共同作用效果相同,那么F'为F1、F2的合力(2)用弹簧测力计分别测出F'和F1、F2的大小,并记下它们的方向,作出F'和F1、F2的图示,以F1、F2的图示为邻边作平行四边形,其对角线即为用平行四边形定则求得的F1、F2的合力F(3)比较F'与F,若它们的长度和方向在误差允许的范围内相同,则可以证明平行四边形定则的正确性方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉(若干)探究一探究二探究三(1)用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上(2)用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套(3)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一位置O,如图所示,记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向(4)用铅笔和刻度尺从结点O沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过O点作平行四边形的对角线,此对角线即为合力F的图示探究一探究二探究三(5)只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳的方向,用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F'的图示(6)比较力F'与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同(7)改变两个力F1与F2的大小和夹角,再重复实验两次探究一探究二探究三(1)弹簧测力计在使用前应将其水平放置,然后检查、校正零点.将两弹簧测力计互相钩着水平拉伸,选择两只读数完全一致的弹簧测力计使用(2)施加拉力时要沿弹簧测力计轴线方向,应尽量位于与纸面平行的同一平面内(3)使用弹簧测力计测力时,拉力要适当地大一些(4)不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳再连两绳套,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(5)A点应选在靠近木板上边中点为宜,以使O点能确定在纸的上侧,结点O的定位要力求准确,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)画力的图示时应选择适当的标度,尽量使图画得大一些,要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形,求出合力【例题1】(多选)两个力F1和F2间的夹角为θ,0°≤θ≤180°,两个力的合力为F,以下说法正确的是()A.若F1和F2大小不变,θ角越小,合力F就越大B.合力F总比分力中的任何一个力都大C.如果夹角θ不变,F1大小不变,只要F2增大,合力F就必然增大D.合力F可能比分力中的任何一个力都小解析:由力的合成的平行四边形定则可知两个力的合力随两力间夹角的减小而增大,随夹角增大而减小,选项A正确;合力可能大于最大分力,也可能小于最小分力,选项B错误,选项D正确;如图所示,两个力的夹角θ不变,F1大小不变,当F2增大时,合力F先减小后增大,选项C错误.答案:AD反思(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、等于、小于两个分力中的任何一个.【例题2】物体受到两个力F1和F2,F1=30N,方向水平向左;F2=40N,方向竖直向下.求这两个力的合力F.两个力的合力能简单理解为两力的数值之和吗?解析:(1)作图法:取单位长度为10N的力,则分别取3个单位长度、4个单位长度自O点引两条有向线段OF1和OF2.以OF1和OF2为两个邻边作平行四边形,如图甲所示,则对角线OF就是所要求的合力F.量出对角线的长度为5个单位长度,则合力的大小F=5×10N=50N,用量角器量出合力F与分力F1的夹角为53°.甲(2)计算法:在如图乙所示的平行四边形中,△OFF1为直角三角形,根据直角三角形的几何关系,可以求得斜边OF的长度和OF与OF1的夹角.将其转化为物理问题,就可以求出合力F的大小和方向,则F=𝐹12+𝐹22=50N,tanθ=𝐹2𝐹1=43,𝜃为53°.乙答案:50N,斜向下与F1的夹角为53°不能反思作图法和计算法是进行矢量运算的具体方法:(1)作图法,要选取统一标度,严格作出力的图示及平行四边形,用统一标度去量度作出的表示合力的对角线,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,根据平行四边形定则作出示意图,然后利用解三角形的方法求出表示合力的对角线.【例题3】如图所示,在“探究共点力合成的规律”的实验中,用两个弹簧测力计把橡皮条拉到一定长度并记下结点O后,再改用一个弹簧测力计时,也要把橡皮条拉到同一结点O的原因是:.在坐标图中已画出两弹簧测力计拉力的图示,已知方格每边长度表示1.0N,试用作图法画出合力F的图示,并由此得出合力F的大小为N.(保留两位有效数字)解析:为确保用两个弹簧测力计拉橡皮条和用一个弹簧测力计拉橡皮条的效果相同,两次的O点位置必须相同;如图所示,在图上作平行四边形,可知合力的大小、方向,大小,方向从图上即可确定.答案:确保两次拉伸作用效果相同7.0F=7格1格×1.0N=7.0N反思力的合成有“作图法”和“计算法”.但在实际定量计算时,很少用“作图法”,而是更多地用“计算法”.因为“作图法”只能直观地反映物体的受力情况,要求较低.