2019-2020学年高中物理 第三章 相互作用 第4节 力的合成课件 新人教版必修1

第4节力的合成自主学习学习目标1.理解合力与分力的概念,理解等效替代关系,知道什么叫力的合成。2.掌握力的平行四边形定则,会用作图法求合力。3.知道合力不一定大于分力,能用力的合成分析日常生活中的问题。4.知道共点力的概念,会计算在同一直线上的几个力的合力,会用直角三角形知识计算两个力的合力,了解用图解法和计算法求多个力的合力的大小和方向。教材提炼一、合力与分力[知识梳理]合力当一个物体受到几个力的共同作用时,可以用一个力代替它们,这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果相同,那么这个力就叫做那几个力的,原来的几个力叫做。分力[练一练]解析: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,选项A,C正确,B错误;求几个共点力的合力遵循平行四边形定则,选项D正确。B关于几个共点力与其合力,下列说法错误的是()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.求几个共点力的合力遵循平行四边形定则二、力的合成[知识梳理]合力1.定义:求几个力的的过程。2.平行四边形定则:两个力合成时,以表示这两个力的线段为邻边作,这两个邻边之间的表示合力的大小和方向,这个法则叫平行四边形定则。3.合力的大小:两个力合成时,两个分力间的夹角越大,合力就越小,合力的大小范围是|F1-F2|≤F≤F1+F2。平行四边形对角线三、共点力[知识梳理]同一点上1.定义:作用在或它们的延长线的一组力。2.力的合成适用范围:力的合成的平行四边形定则,只适用于。交于一点共点力[练一练]1.如图所示,物体在水平方向受F1,F2两个力的作用,F1方向向右,F2方向向左,大小分别为F1=8N和F2=2N。则物体所受合力大小和方向分别为()A.6N,方向水平向左B.10N,方向水平向左C.6N,方向水平向右D.10N,方向水平向右C解析:取水平向右为正方向,则F1=8N,F2=-2N;因此物体所受的力F1,F2的合力为F=F1+F2=8N+(-2N)=6N,即它们合力大小为6N,方向水平向右。2.两个共点力的大小分别为F1=15N,F2=8N,它们的合力大小不可能等于()A.9NB.25NC.8ND.21NB解析:F1,F2的合力范围是|F1-F2|≤F≤F1+F2,故7N≤F≤23N,不在此范围的是25N。3.作用在物体上同一点的两个力之间的夹角由0逐渐增大到180°的过程中,合力的大小将()A.逐渐增大B.逐渐减小C.先增大后减小D.先减小后增大B解析:在两个分力大小一定,但是夹角逐渐增大的过程中,合力将一直减小,180°时为两个力的差,最小,故选项B正确。课堂探究要点一合力与分力的关系[例1]两个力F1和F2间的夹角为θ,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就越小B.合力F可能比任何一个分力都小C.合力F总比任何一个分力都大D.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B解析:若F1和F2大小不变,θ角越小,合力F越大,故A错误;由力的合成方法可知,两个力合力的范围|F1-F2|≤F≤F1+F2,所以合力有可能大于任一分力,也可能小于任一分力,还可能与两个分力都相等,故B正确,C错误;如果夹角θ不变,F1大小不变,F2增大,合力可能增大,也可能减小,故D错误。误区警示合力与分力的关系合力可能比两个分力都大、都小或相等,也可能大于一个分力小于另一个分力,还有可能等于一个分力。针对训练1:两个共点力F1,F2大小不同,它们的合力大小为F,则()A.若F1,F2中的一个增大,F一定增大B.F1,F2同时增加10N,F也增加10NC.F1增加10N,F2减少10N,F一定不变D.F1,F2同时增大一倍,F也增大一倍D解析:若F1,F2中的一个增大,F不一定增大,选项A错误。F1,F2同时增加10N,F不一定增加10N,选项B错误;F1增加10N,F2减少10N,F可能变化,选项C错误。F1,F2同时增大一倍,F也增大一倍,选项D正确。要点二合力的求解方法——作图法、计算法[例2]杨浦大桥是继南浦大桥之后又一座跨越黄浦江的我国自行设计建造的双塔双索面迭合梁斜拉桥,假设斜拉桥中某对钢索与竖直方向的夹角都是30°,每根钢索中的拉力都是3×104N,那么它们对塔柱形成的合力有多大?方向如何?解析:以表示两根钢索的拉力的有向线段为邻边作平行四边形,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。法一作图法(如图甲所示)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。以OA,OB为邻边作平行四边形,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。答案:5.2×104N方向竖直向下法二计算法(如图乙所示)以表示两根钢索的拉力的有向线段为邻边作平行四边形,其对角线OC表示合力的大小,由于F1=F2,由数学知识得F=2F1cos30°=2×3×104×32N≈5.2×104N。合力的计算规律方法(1)作图法求合力注意的问题①作图时要先确定力的标度,同一图上的各个力必须采用同一标度。②严格采用作图工具作图,并用测量工具测出力的大小及方向。③作图时表示分力和合力的有向线段共点且要画成实线,与分力平行的对边要画成虚线,表示力的线段上要画上刻度和箭头。(2)计算法求合力时常用到的几何知识①应用直角三角形中的边角关系求解,适用于平行四边形的两边垂直或平行四边形的对角线与一条边垂直的情况。②应用等边三角形的特点求解。③应用相似三角形的知识求解,适用于力的矢量三角形与实际三角形相似的情况。针对训练2:两个大小相等的共点力F1,F2,当它们之间的夹角为90°时合力的大小为20N,则当它们之间夹角为120°时,合力的大小为()BA.40NB.102NC.202ND.103N解析:设F1=F2=F,当它们之间的夹角α=90°时,如图甲所示,则合力为F合=2212FF=22FF=2F。所以F=12F合=12×20N=102N。当两分力F1和F2之间夹角变为β=120°时,F1,F2与F′的关系如图乙所示。由于平行四边形的一半为一等边三角形,因此其合力F′=F1=F2=102N。要点三共点力[例3]某研究性学习小组对颈椎病人设计了一个牵引装置:如图,一根绳绕过两个定滑轮和一个动滑轮后各挂着一个相同的重物,与动滑轮相连的帆布带拉着病人的颈椎(图中是用手指代替颈椎做实验),整个装置在同一竖直平面内。如果要增大手指所受的拉力,可采取的办法是()A.只增加绳的长度B.只增加两定滑轮间的距离C.只将手指向上移动D.只将手指向下移动D解析:由力的合成可知:只增加绳的长度既没有增大分力的大小也没有改变力的夹角,所以对合力没有影响,故A错误;在分力不变时增大夹角,则合力减小,增加两定滑轮间的距离和将手指向上移动时均增大了两分力的夹角,故B,C错误;将手指向下移动时减小了两分力的夹角,在分力不变时减小夹角,则合力增大,D正确。针对训练3:如图甲为射箭场景。拉弓时手对弦的作用力为F,弦的拉力分别为FTA和FTB,如图乙所示,则关于箭被发射前的受力情况,下列分析正确的是()A.F一定大于FTAB.FTA和FTB的大小之和等于FC.箭受的合力为零D.人将弦拉得越紧,箭受的合力越大C解析:弓发射箭的瞬间,受力如图。放箭处弦的弹力的合力与F平衡,根据力的平行四边形定则可知,FTA和FTB的合力等于F,而F可能大于FTA,可能等于FTA,也可能小于FTA,故选项A,B错误,C正确;人将弦拉得越紧,则夹角越小,那么拉力FTA越大,而合力却不变,故选项D错误。1.两个共点力,一个力F1=40N,另一个力为F2,它们的合力F=100N,则F2的大小可能是()A.20NB.40NC.80ND.160NC课堂达标解析:F1和F2两个力的合力范围是|F1-F2|≤F≤F1+F2,判断可知选项C正确。2.某物体在四个共点力作用下处于平衡状态,若F4的方向沿逆时针方向转过90°角,但其大小保持不变,其余三个力的大小和方向均保持不变,此时物体受到的合力的大小为()BA.0B.2F4C.F4D.2F4解析:物体受多力平衡,则多力的合力为零,则F1,F2,F3的合力与F4大小相等、方向相反。F4的方向沿逆时针方向转过90°角,此时其他三个力的合力与F4大小相等,方向垂直,则物体受到的合力为2F4,故选项B正确。C3.在射箭比赛中,发射时弦和箭可等效为图中的情景,已知弓的顶部跨度为L,弦均匀且弹性良好,其自由长度为L。假设弓的跨度保持不变,箭在弦的正中间,弦夹在不计大小的类似动滑轮的附加装置上,将箭发射出去。已知弦的劲度系数为k,发射箭时弦的最大长度为2L(弹性限度内),则箭被发射瞬间所受的最大弹力为(设弦的弹力满足胡克定律)()A.kLB.32kLC.3kLD.2kL解析:由题意可知,射箭时弦的形变量Δx=L,所以由胡克定律得弦的张力F1=F2=kL,由几何关系可知,F1,F2间夹角为60°,根据力的平行四边形定则知F1,F2的合力F合=2F1cos30°=3kL,故选项C正确。4.体操是力与美的运动。吊环比赛中运动员的两臂从竖直位置开始缓慢展开到接近水平,形成如图所示“十字支撑”这一优美造型。开始时吊绳竖直,这一过程下列说法正确的是()A.吊绳的拉力逐渐减小B.吊绳的拉力逐渐增大C.两绳的合力逐渐增大D.两绳的合力逐渐减小B解析:两绳的拉力的合力与人的重力的大小相等,即两绳的拉力的合力F不变;当双臂缓慢张开时,吊绳之间的夹角变大,则两个分力都增大。