高中物理必修一第三章第四节 力的合成 优秀课件

生活事例一个力的作用效果＝两个力的作用效果链接F1F2FF1F2F１、定义：一个力(F)作用的效果跟几个力(F1、F2……)共同作用的效果相同，这个力(F)叫做那几个力的合力。那几个力叫做这个力的分力。定义:求几个力的合力的过程叫做力的合成不是物体又多受了一个合力一、合力与分力二、力的合成2、关系：等效替代关系F1=3NF2=2NF=5NF=F1+F2F1=3NF2=2NF=1NF=F1-F21、方向相同的两个力合成！2、方向相反的两个力合成！合力的大小是2N，方向向右F1=4N0F2=3NF=F1+F2=7N两力同向相加二、力的合成1、同一直线上两个力的合成大小F=F1+F2，方向与两力方向相同两力反向相减0F1=4NF2=3NF=F1-F2=1N二、力的合成1、同一直线上两个力的合成大小F=|F1-F2|，方向与较大力的方向相同1、同一直线上两个力的合成二、力的合成两力同向相加两力反向相减互成角度的力怎样求合力？F1F2一个力的作用效果＝两个力的作用效果2、互成角度的两个力的合成想一想你能设计一个实验探究合力F与互成角度的两个力F1、F2的关系吗？想一想合力大小跟什么因素有关？你能设计一个实验探究出合力与分力的关系吗？2、方向不在同一直线上力合成问题新课程高中物理演示实验-探究分力与合力的关系.flv链接总之：方向不在同一直线上的两个力的合成运算——遵循平行四边形定则即如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边做平行四边形，那么，合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之对角线表示出来，这就叫做力的平行四边行定则。F合F2F1分力邻边合力对角线注意：同一直线上力的合成是平行四边形定则应用的特例。知识精析一、实验步骤1．用图钉把白纸钉在水平桌面的木板上．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线套．3．用两只弹簧测力计分别钩住细线套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到一位置O，如图18－1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线套的方向．图18-14．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细线方向画直线，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为邻边用刻度尺借助于三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．5．只用一只弹簧测力计通过细线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线的方向，用刻度尺从O点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．比较一下，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．二、注意事项1．正确使用弹簧测力计(1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止．(2)使用弹簧测力计测力时，读数应尽量大些，但不能超出它的测量范围．(3)使用前要检查指针是否指在零刻度线上，否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差)．还需用钩码检查是否存在示值误差，若存在，应加以矫正．(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．规范实验操作(1)不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一端细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以使准确地记录结点O的位置．(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同．(3)不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化．(4)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标点与O点连一直线确定力的方向．(5)在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．三、误差分析1．误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等．2．减小误差的办法(1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录．(2)作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行．因两个分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作出的合力F的误差ΔF就越大，所以，实验中不要把θ取得太大，但也不宜太小，以60°～100°为宜．一、实验结果的分析理解例1图18-2所示是两位同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时得到的结果，其中哪一个实验结果比较符合实验事实？在比较符合实验事实的那个实验中，若F′是准确的，则误差较大的原因可能是哪些？解析按本实验的符号规定：F为F1、F2通过平行四边形定则所得合力；F′为F1和F2的等效力(即用一只弹簧测力计拉时的力)，橡皮条在这个力的作用下，其力的方向与橡皮条的伸长方向在一条直线上，显然乙图不符合事实，即实验结果比较符合事实的是甲图．甲图中F与F′误差较大的原因可能是：①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行．例2在“验证力的平行四边形定则”的实验中，实验步骤如下：(1)在水平放置的木板上固定一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细绳套，通过细绳套同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细绳套的结点到达某一位置O点，在白纸上记下O点和两个测力计的示数F1和F2．(2)在白纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F．(3)只用一只测力计通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个测力计拉时相同，记下此时测力计的示数F′和细绳套的方向．以上三个步骤中均有错误或疏漏，请指出错在哪里？(1)中是；(2)中是；(3)中是．解析按实验操作要求，记录力的大小和方向，同时在两次拉橡皮条的过程中结点要到达相同位置，这样才能保证两次效果相同．答案(1)未记下细绳套的方向(2)应根据F1和F2的大小和方向选定标度作图(3)应将橡皮条与细绳套的结点拉至同一位置O点点评实验问题的处理方法常常是根据实验原理的要求选择器材，安排合理的操作步骤，只要懂实验原理，处理问题就不难了，所以实验前、实验后都必须弄清楚实验原理．1、求合力15NF1F2F合530（二）、力的合成规律应用例：已知F1=45N，方向水平向右;F2=60N，方向竖直向上，求F合=？大小F合=15X5N=75N方向：与F1成53°斜向右上方作图时的注意事项：（1）合力、分力要共点，实线、虚线要分清；（2）合力、分力的标度要相同，作图要准确；（3）对角线要找准；（4）力的箭头别忘画。上例中根据平行四边形定则可作出下图:F1F2F合由直角三角形可得θ方向：与F1成θ=arcsin(4/5)斜向右上方221275FFFN合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?0F1F2F3F4F合2、多个力的合成先求F1和F2的合力F4，再求F4与F3的合力F合。3、合力与分力之间大小关系1、在两个分力F1、F2大小不变的情况下，两个分力的夹角越大，合力越小。（1）当两个分力方向相同时（夹角为00）合力最大，F＝F1+F2合力与分力同向；（2）当两个分力方向相反时（夹角为1800）合力最小，F＝︱F1-F2︱合力与分力F1、F2中较大的同向。（3）合力大小范围︱F1-F2︱≤F≤F1+F2（4）合力可能大于、等于、小于任一分力．合力与分力的大小关系注意：同一直线上力的合成是平行四边形定则应用的特例。4、合力与分力的关系：①F合随F1和F2夹角θ的增大而减小；（0≤θ≤180°）②合力大小范围：︱F1-F2︱≤F合≤F1+F2；③合力可能大于、等于、小于任一分力；练习1、两个力的大小分别为3N、5N，其合力大小可能是（）A、1NB、3NC、5ND、9N练习2、两个力的大小分别为F1=15N，F2=9N，它们的合力不可能等于（）A、9NB、25NC、6ND、21N试一试：想一想：三个力的合力范围怎么求？①3N、4N、5N；②2N、5N、6N；③8N、4N、3N；④1N、5N、9N；最大值：F合=F1+F2+F3最小值：①先求任两个力F1、F2合力大小范围：︱F1-F2︱≤F≤F1+F2；②若F3在此范围内，三个力的合力最小值为0。③若F3不在此范围内，三个力的合力最小值为F3与F的最小值。①0N≤F≤12N；②0N≤F≤13N；③1N≤F≤15N；④3N≤F≤15N；5、共点力：如果一个物体受两个或多个力作用，这些力都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。F1F2非共点力F1F2注意：①力的合成的平行四边形定则只适用于共点力；②平行四边形定则适用所有矢量的合成和分解。6、力的三角形定则：F合F1OF2·θF1两个力F1、F2求合力时，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。求合力转化为解三角形！F1F2F合AθBC1）解直角三角形：合FFACAB1sin合FFACBC2cos21tanFFBCAB2）解斜三角形：特殊三角形等边三角形、120°等腰三角形思考与讨论：两个力夹角θ一定，F1大小不变，增大F2，其合力F怎样变化？①当θ≤90°时，F合变大。②当θ90°时，F合先变小后变大。F合F2F1F2θ·F1F2F2θ·F合7、共点力的平衡：1）平衡状态：如果一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于“平衡状态”。2）两个力的平衡状态：如果两个力作用在物体上使之保持平衡，那么这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。3）三个力的平衡状态：如果三个力作用在物体上使之保持平衡，那么其中任两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。F合2、F1大小、方向一定，F合方向一定，问力F2怎样施加才最小？F2F1·方法指导一、合力与分力的大小关系例1两个共点力F1与F2，其合力为F，则()A．合力一定大于任一分力B．合力有可能小于某一分力C．分力F1增大，而F2不变，且它们的夹角不变时，合力F一定增大D．当两个分力大小不变时，增大两分力的夹角，则合力一定减小分析在比较合力与分力的大小关系时，可用定性、定量的分析方法，同时利用特殊值参与讨论，从而对一些似是而非的概念之间的联系与区别，可以做出最直接的肯定或否定．解析本题可以利用特殊值法，设F1＝2N，F2＝3N，则其合力的大小范围是1N≤F≤5N.由此可知，选项A错误、B正确；当F1和F2反向时，F1增大到F′1＝3N，则合力由F＝1N减为F′＝0，所以选项C错误；两分力同向时合力最大，反向时合力最小，夹角增大时合力减小．选项D正确．答案BD变式训练1两个小孩拉一辆车子，一个小孩用的力是45N，另一个小孩用的力是60N，这两个力的夹角是90°，求它们的合力．解析作图法如图甲所示，选择标度，作出F1、F2的图示，利用三角板作出平行四边形，画出对角线，用15N的标度去度量F，得出F＝75N．再用量角器量得F与F1之间的夹角为53°.解析法根据平行四边形定则，作出如图乙所示的力的示意图，利用勾股定理求出合力：F＝F21＋F22＝452＋602N＝75N.tanθ＝F2F1＝6045＝43，所以θ＝53°.三、二力平衡求合力例3如图15－4甲所示，质量为25kg的物体静止于倾角为θ的斜面上，则斜面对物体的作用力是多少，方向如何？(取g＝10N/kg)图15-4甲解析物体受力情况如图15-4乙所示，斜面对物体的作用力是支持力FN和摩擦力f的合力，由物体所处的平衡状态可知，这两个力的合力与物体所受重力可等效为一对平衡力，即：F合=mg=25×10N=250N，方向竖直向上．图15-4乙答案250N竖直向上变式训练2在例3中若斜面倾角缓慢增大，且物体始终相对斜面静止，则斜面对物体的作用力如何变化？解析斜面倾角“缓慢”增大，说明物体一直处于平衡状态，则斜面对物体的作用力始终与物体所