2019-2020学年高中物理 第5章 力与平衡 第1节 力的合成课件 鲁科版必修1

第5章力与平衡第1节力的合成1.能从等效替代的观点理解合力、分力的概念．2．通过实验探究掌握力的平行四边形定则，并知道它是矢量计算的普遍法则．3．学会用作图法求共点力的合力，学会计算同一直线上几个共点力的合力．4．体会合力的大小与两个分力间夹角的关系，学会用直角三角形知识计算共点力的合力.1.理解合力及平行四边形定则是本节的重点．2．用作图法和计算法求合力是另一个重点．3．合力与分力间的等效替代关系，尤其是合力的大小与两个分力间夹角的关系是本节的难点.抓主干新知预习探究破疑难核心要点突破练技巧综合拓展提升提素能随堂巩固演练练能力高效知能检测一、共点力的合成1．共点力：同时作用在物体上的或者它们的作用线相交于的几个力．2．合力：如果几个共点力共同作用所产生的可以用来代替，这个力叫做那几个力的合力．3．力的合成：求几个共点力的的过程．同一点同一点效果一个力合力4．同一直线上二力的合成(1)F1、F2同向时：F＝，方向与F1、F2的方向相同．(2)F1、F2反向时：F＝，方向跟F1、F2中较大的方向相同．F1＋F2|F1－F2|图中一个成年人或两个小孩都能提起相同质量的一桶水，若桶和水总重100N，两个小孩所施力的数值相加等于100N吗？提示：两个小孩的力的合力大小等于桶和水总重100N，其数值相加不一定等于100N，当两个小孩所施的力成一定夹角时，两个力的数值相加大于100N.二、共点力合成的平行四边形定则1．平行四边形定则以表示两个共点力F1和F2的线段为作，那么其合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的表示．2．两个以上的力的合成方法：用平行四边形定则先求出的合力，再求出这个合力与第三个力的合力，直到把都合成为止，最后得到的结果就是这些力的总合力．邻边平行四边形对角线其中两个力所有外力已知力F1＝4N，方向向东；力F2＝3N，方向向北，求这两个力的合力的大小．提示：5N对合力与分力的理解1．理解合力与分力(1)等效性：合力对物体的作用效果与几个分力对物体的作用效果相同．合力与几个分力间是相互替代关系．(2)同物性：合成的各力是作用在同一物体上的力．(3)同时性：合成的各力是同时出现的．2．理解力的合成(1)力的合成是唯一的．(2)只有同一物体所受的力(即共点力)才能合成．(3)不同性质的力也可以合成．3．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)两力反向时合力最小：F＝|F1－F2|，方向与其中较大的力同向．(3)两力夹角为θ时，如图，合力随θ的增大而减小，合力大小的范围是：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.[特别提醒]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．[典例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[思路点拨]作出平行四边形，根据对角线和两邻边的长短关系判断．[规范解答]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的夹角的减小而增大，随夹角增大而减小，A正确；合力可能大于最大分力，也可能小于最小分力，B错误、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，合力F先减小后增大，C错误．[答案]AD1．当两个分力的大小确定时，其合力的大小范围由两分力之间的夹角决定，同向时最大，反向时最小，且夹角越大时合力越小．2．当两个分力的方向确定时，其合力的大小范围是由两个分力的大小决定．当θ≤90°时，分力增大时合力一定增大．当θ90°时，分力增大时合力不一定增大．1．两个共点力F1＝2N，F2＝4N，它们的合力F的大小可能是()A．1NB．3NC．5ND．7N解析：F1与F2的合力F的大小范围是|F1－F2|≤F≤F1＋F2即2N≤F≤6N，故选B、C.答案：BC合力的求法1．作图法根据平行四边形定则用作图法求两个力的合力时，要严格作出力的图示，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，确定出合力的方向．2．计算法根据平行四边形定则作出力的合成的示意图，可利用解三角形的方法求出对角线，即为所求合力．[典例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？[思路点拨][尝试解答]力的合成和分解遵循平行四边形定则，本题已知物体受到两个力的作用，已知大小和方向，可以用平行四边形定则求解．力是矢量，力的合成不能理解为简单的数值相加．(1)作图法：取单位长度为10N的力，则取3个单位长度、取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θ为53°.(2)计算法：实际上是先运用数学知识，再回到物理情景．在如图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＝＝50Ntanθ＝F2F1＝43，θ为53°.[答案]合力大小为50N，其方向与分力F1的夹角θ为53°2．两个人共同用力将一个牌匾拉上墙头．一人用了450N的拉力，另一人用了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．解析：解法一作图法：每单位长度表示150N．用一个点O代表牌匾，依题意作出力的平行四边形，如图所示．用刻度尺量出合力F的对角线长5个单位长度，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°.解法二计算法：设F1＝450N，F2＝600N，合力为F.由于F1与F2间的夹角为90°，由图可知，根据勾股定理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：大小为750N，与力F1的夹角为53°多力合成的计算1．用平行四边形定则先求出两个力的合力(如图)，然后再利用平行四边形定则进一步求该力和第三个力的合力，依此类推，从而求出最后的合力．2．三力合成范围的确定(1)合力的最大值：三个力同向时合力最大Fmax＝F1＋F2＋F3(2)合力的最小值：①当其中一个力在另外两个力的合力的取值范围之内时，合力F最小值为零，即Fmin＝0.②当其中两个较小力之和F1＋F2F3，合力最小值Fmin＝F3－(F1＋F2)．(3)合力范围：Fmin≤F≤Fmax[典例3]如图所示，在同一平面内有六个共点力，大小分别为F、2F、3F、4F、5F、6F，相邻的两个力之间的夹角均为60°，求它们合力的大小和方向．[思路点拨]先将同一直线上的力合成是解答本题的一个技巧．[尝试解答]将同一直线上的力：F与4F,2F与5F,3F与6F分为三组分别合成，合力都是3F.其中上下两个3F夹角为120°，如图所示，故合力仍为3F，方向与中间3F的方向相同．故总的合力为6F，方向沿分力5F的方向．[答案]6F方向沿分力5F的方向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．5N,7N,8NB．5N,2N,3NC．1N,5N,10ND．10N,10N,10N解析：三力合成力，若前两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合力为零，只要使其第三力在其他两个力合力范围内，就可能使合力为零，即第三力F3满足：|F1－F2|≤F3≤F1＋F2.分析A、B、C、D各组力中前两力合力范围为2N≤F合≤12N，第三力在其范围内；3N≤F合≤7N，第三力在其合力范围内；4N≤F合≤6N，第三力不在其合力范围内；0N≤F合≤10N，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．答案：C力F1、F2、F3恰好构成封闭的直角三角形，如下所示，则这三个力的合力最大的是()[思路点拨]注意平行四边形定则的变形，可把平行四边形定则转化为三角形法则．[规范解答]A选项中F1、F2的合力为F3，三力的合力为2F3；B选项中F1、F2的合力为－F3，三力的合力为0；C选项中F1、F3的合力为F2，三力的合力为2F2；D选项中F2、F1的合力为F3，三力的合力为2F3；由于在F1、F2、F3三力构成的直角三角形中，F2为斜边，所以F2为最大值，故C项正确．[答案]C1．关于共点力，下列说法中不正确的是()A．作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，这两个力是共点力B．作用在一个物体上的两个力，如果是一对平衡力，则这两个力是共点力C．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用点在同一点上，则这几个力是共点力D．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用线交于同一点，则这几个力是共点力解析：共点力指同时作用在物体上的同一点或作用线相交于一点的几个力，故A错误，B、C、D正确．答案：A2．关于分力与合力，下列说法正确的是()A．合力和分力同时作用在同一物体上B．分力作用于物体上共同产生的效果与合力单独作用时产生的效果是相同的C．各个分力一定是同一性质的力才可以进行合成D．各个分力必须是同一个物体同一时刻受到的力解析：合力是各个分力的等效替代，二者本质是同一作用效果两种发生原因的不同表述，并不是同时作用于物体上，A错、B正确．各个分力可以是不同性质的力，也可以是同一性质的力，C错．各个分力必须是同一时刻同一物体受到的几个力，合力也即是这一时刻物体受到的各个分力的合力，D正确．答案：BD3．关于分力和合力，以下说法不正确的是()A．合力的大小，小于任何一个分力是可能的B．如果一个力的作用效果跟其它几个力的作用效果相同，则这个力就是其它几个力的合力C．合力的大小一定大于任何一个分力D．合力可能是几个力的代数和解析：合力可以大于任何一个分力，也可以小于任何一个分力，故A、对C错；合力与分力是等效替代关系，故B对；当分力方向一致时，合力是几个力的代数和，故D对．答案：C4．两个共点力的大小均为10N，夹角为120°，则这两个力的合力大小为()A．10NB．15NC．20ND．102N解析：根据平行四边形定则画出的两个共点力及其合力组成一个特殊平行四边形——菱形，且对角线(合力)又把它分为两个等边三角形，由几何知识可确定两共点力的合力的大小为10N，A正确．答案：A5．力F1＝4N，方向向东；F2＝3N，方向向北．求这两个力合力的大小和方向．解析：作图法：(1)用单位长度的线段代表1N．作出F1为4个单位长度，F2为3个单位长度，并标明方向，如图所示．(2)以F1和F2为邻边作平行四边形，连接两邻边所夹的对角线．(3)用刻度尺量出表示合力的对角线长为5.1个单位长度，所以合力大小F＝1N×5.1＝5.1N.(4)用量角器量得F与F2的夹角φ＝53°，即合力方向为北偏东53°.计算法：分别作出F1、F2的示意图，如图所示平行四边形及对角线．在直角三角形中：F＝F21＋F22＝32＋42N＝5N合力F与F2的夹角为α，则：tanα＝F1F2＝43，查表得α≈53°.答案：5N，方向为北偏东53°