2020版新教材高中物理 第4章 第1节 第1课时 力的合成课件 鲁科版必修第一册

第4章力与平衡第1节科学探究：力的合成第1课时力的合成第4章力与平衡学习目标核心素养形成脉络1.知道共点力、力的合成、合力、分力的概念．2．理解力的平行四边形定则，知道矢量与标量的根本区别．3．理解合力与分力的关系，掌握求合力的方法.一、共点力的合成1．共点力：如果几个力同时作用在物体上的_________或者它们的作用线相交于_________，这几个力叫共点力．2．合力：几个共点力共同作用产生的_________可以用一个力代替，则这个力叫做那几个力的_________，那几个力叫这个力的分力．3．力的合成：求几个力的_________叫做力的合成．同一点同一点效果合力合力二、平行四边形定则1．平行四边形定则：以表示互成角度的两共点力的有向线段为_________作平行四边形，则两邻边间的_________所对应的这条有向线段就表示这两个共点力的合力_________和_________．2．两个以上的力的合成方法：用____________定则求其中两个力的合力，然后用平行四边形定再求这个合力与第三个力的合力，直到把所有外力都合成为止，最后得这些力的合力．邻边对角线大小方向平行四边形思维辨析(1)作用在同一物体上的几个力一定是共点力．()(2)作用在物体上同一点的力才是共点力．()(3)两个共点力共同作用的效果与其合力作用的效果相同．()(4)力的合成有时用平行四边形定则，有时用三角形定则，二者是不同的．()××√×(5)合力比每个分力都要大．()(6)两分力大小一定，则夹角越大，合力越大．()××基础理解(1)“曹冲称象”是大家都很熟悉的一个典故．请思考：曹冲根据什么判断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．(2)合力一定比分力大吗？两个大小一定的力F1和F2，其合力何时最大？何时最小？提示：(1)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．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．(2)不一定．合力可能比分力大，也可能比分力小，还可能合力与分力大小相等；两个力同向的合力最大为F1＋F2，反向时合力最小为|F1－F2|.力的合成问题导引思考下列几种情况下，小车受到的合力．(假设F1F2)(1)两个人向反方向拉车(2)一人推车，一人拉车(3)两个人互成角度拉车[要点提示](1)F1－F2(2)F1＋F2(3)F1－F2≤F≤F1＋F2【核心深化】1．合力与分力的“三性”2．合力与分力的大小关系两分力大小不变时，合力F随两分力夹角θ的增大而减小，随θ的减小而增大．(0≤θ≤180°)(1)两分力同向(θ＝0)时，合力最大，F＝F1＋F2，合力与分力同向．(2)两分力反向(θ＝180°)时，合力最小，F＝|F1－F2|，合力的方向与较大的一个分力的方向相同．(3)合力的取值范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.合力可能大于某一分力，可能小于某一分力，也可能等于某一分力．关键能力1合力与分力的关系(多选)关于F1、F2及它们的合力F，下列说法中正确的是()A．合力F一定与F1、F2共同作用产生的效果相同B．两力F1、F2一定是同种性质的力C．两力F1、F2一定是同一个物体受到的力D．两力F1、F2与F是物体同时受到的三个力[解析]只有同一个物体受到的力才能合成，分别作用在不同物体上的力不能合成．合力是对原来几个分力的等效替代，两力可以是不同性质的力，但合力与分力不能同时存在．所以，选项A、C正确．[答案]AC关键能力2二力合成的范围(多选)两个共点力的大小分别为F1＝6N，F2＝10N，则它们的合力可能为()A．3NB．5NC．10ND．20N[思路点拨]对二力合成问题要明确两点：(1)当两力的方向相同时，合力最大．(2)当两力的方向相反时，合力最小．[解析]两个力的合力的最大值Fmax＝F1＋F2＝16N，最小值为Fmin＝F2－F1＝4N，F1与F2的合力范围为4N≤F≤16N，故选项B、C正确．[答案]BC关键能力3三力合成的范围有三个力，大小分别为13N、3N、29N．那么这三个力的合力最大值和最小值应该是()A．29N，3NB．45N，0NC．45N，13ND．29N，13N[思路点拨]解此题关键是分析其中任一个力与其他两力的合力关系．[解析]当三个力同方向时，合力最大，为45N；任取其中两个力，如取13N、3N两个力，其合力范围为10N≤F≤16N，29N不在该范围之内，故合力不能为零，当13N、3N的两个力同向，与29N的力反向时，合力最小，最小值为13N，故C正确．[答案]C力的合成范围分析的三点注意(1)共点的两个力F1、F2的合力的取值范围是|F1－F2|≤F≤F1＋F2.(2)三力合成时，若第三个共点力的大小在这一范围内，那么这三个力的合力可以为零．(3)最小值的计算时，易受思维定式的影响，仍像求最大合力一样，把三个力限定在一条直线上考虑三个共点力的最小合力，从而导致错误．【达标练习】1．大小分别为5N、7N和9N的三个力合成，其合力F大小的范围为()A．2N≤F≤20NB．3N≤F≤21NC．0≤F≤20ND．0≤F≤21N解析：选D.三个力合力的最大值为Fmax＝(5＋7＋9)N＝21N．以5、7、9为边能组成一个封闭的三角形，故三个力的合力最小值为0，所以合力的范围为0≤F≤21N，故选项D正确．2.如图所示为两个共点力的合力F随两个共点力间的夹角θ变化的图像，则这两个力的大小分别为()A．1N和4NB．2N和3NC．1N和5ND．2N和4N解析：选B.由题图知，两力方向相同时，合力为5N，即F1＋F2＝5N；方向相反时，合力为1N，即|F1－F2|＝1N．故F1＝3N，F2＝2N或F1＝2N，F2＝3N，B正确．求合力的方法【核心深化】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，具体思路如下：如图所示：用作图法求F1、F2的合力F.2．计算法(1)两分力共线时①若F1、F2两力同向，则合力F＝F1＋F2，方向与两力同向．②若F1、F2两力反向，则合力F＝|F1－F2|，方向与两力中较大者同向．(2)两分力不共线时：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．以下为求合力的三种特殊情况：类型作图合力的计算两分力相互垂直大小：F＝F21＋F22方向：tanθ＝F1F2两分力大小相等，夹角为θ大小：F＝2F1cosθ2方向：F与F1夹角为θ2(当θ＝120°时，F1＝F2＝F)类型作图合力的计算合力与其中一个分力垂直大小：F＝F22－F21方向：sinθ＝F1F2关键能力1两个力的合成如图所示，两个人共同用力将一个牌匾拉上墙头．其中一人用了450N的拉力，另一个人用了600N的拉力，如果这两个人所用拉力的夹角是90°，求它们的合力．[思路点拨]人的拉力是牌匾受到的两个力，明确了它们的大小和方向，可用作图法或计算法求出合力．[解析]法一作图法如图所示，用图示中的线段表示150N的力，用一个点O代表牌匾，依题意作出力的平行四边形．用刻度尺量出平行四边形的对角线长为图示线段的5倍，故合力大小为F＝150×5N＝750N，用量角器量出合力F与F1的夹角θ＝53°.法二计算法设F1＝450N，F2＝600N，合力为F.由于F1与F2间的夹角为90°，根据勾股定理，得F＝4502＋6002N＝750N，合力F与F1的夹角θ的正切tanθ＝F2F1＝600450≈1.33，所以θ＝53°.[答案]750N，方向与较小拉力的夹角为53°作图法与计算法的比较(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)应用作图法时，各力必须选定同一标度，并且合力、分力比例适当，分清虚线和实线．(3)在应用计算法时，要画出力的合成的示意图．(4)两力夹角为特殊角(如120°、90°等)时，应用计算法求合力更简单．关键能力2多个力的合成如图所示，在同一平面内，大小分别为1N、2N、3N、4N、5N、6N的6个力共同作用于一点，其合力大小为()A．0B．1NC．2ND．3N[解析]先分别求1N和4N、2N和5N、3N和6N的合力，大小都为3N，且三个合力互成120°角，如图所示：根据平行四边形定则知，图中三个力的合力为零，即题中所给六个力的最终合力为零，故A正确，B、C、D错误．[答案]A【达标练习】1．两个大小相等的共点力F1、F2，当它们间的夹角为90°时，合力大小为20N，那么当它们之间的夹角为120°时，合力的大小为()A．40NB．102NC．202ND．103N解析：选B.设F1＝F2＝F0，当它们的夹角为90°时，如图甲所示，根据平行四边形定则知其合力为2F0，即2F0＝20N，故F0＝102N．当夹角为120°时，如图乙所示，同样根据平行四边形定则，其合力与F0大小相等．2．如图所示，5个力同时作用于m点，5个力大小和方向相当于正六边形的两条边和三条对角线，已知F1＝10N，则这5个力的合力的大小为()A．30NB．40NC．50ND．60N解析：选D.如图所示，F1与F4箭头相连后形成以F1和F4为邻边的平行四边形，F3为所夹的对角线(即F1与F4的合力为F3)，同理可知，F2与F5的合力也为F3，故5个力的合力等于3倍的F3，又F3等于2倍的F1，则5个力的合力等于6F1＝60N，D正确．