河北省遷安一中高中物理 力的合成1課件 新人教版必修1.ppt

知識(shí)與技能1 使學(xué)生從力的等效性理解合力及力的合成的概念 2 理解兩個(gè)互成角度的共點(diǎn)力的合成遵循平行四邊形定則 過(guò)程與方法1 通過(guò)探究求合力的方法 力的平行四邊形定則 會(huì)用作圖法求共點(diǎn)力的合力 2 探究合力的大小與分力的大小隨夾角的變化關(guān)系 3 培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力 建立矢量合成法則的觀念 情感 態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)課堂教學(xué) 使學(xué)生領(lǐng)悟物理學(xué)中常用的實(shí)驗(yàn) 探索 總結(jié)規(guī)律的研究問(wèn)題的方法 激發(fā)對(duì)科學(xué)的熱愛和獻(xiàn)身精神 如圖所示是上海黃浦江上的楊浦大橋 楊浦大橋是繼南浦大橋之后又一座跨越黃浦江的雙塔雙索疊合梁斜拉橋 大橋全長(zhǎng)7658米 602米長(zhǎng)的主橋猶如一道橫跨黃浦江的彩虹 在世界同類型斜拉橋中雄居第一 是什么力量拉起這么重的橋體呢 其設(shè)計(jì)原理是什么呢 體現(xiàn)了什么物理思想呢 1 合力 分力 一個(gè)力產(chǎn)生的效果如果跟幾個(gè)力的共同效果相同 這個(gè)力就叫做那幾個(gè)力的合力 原來(lái)的幾個(gè)力叫做這個(gè)力的分力 2 力的合成 求幾個(gè)力的合力的過(guò)程叫做力的合成 3 等效代換 一個(gè)力的作用效果可以與幾個(gè)力共同作用的效果相同 一個(gè)力與作用效果相同的多個(gè)力之間是可以相互代換的 這種關(guān)系稱為等效代換 力的合成實(shí)際上就是找一個(gè)力去代替幾個(gè)已知的力 而不改變其作用效果 在力的合成中 分力是實(shí)際存在的 每個(gè)分力都有對(duì)應(yīng)的施力物體 而合力是一個(gè)設(shè)想的但有實(shí)際意義的力 在力的合成中的合力沒(méi)有與之對(duì)應(yīng)的施力物體 合力與分力的關(guān)系 是人們?yōu)榱撕?jiǎn)化問(wèn)題而采用的一種等效方法 1 平行四邊形定則 1 兩個(gè)力f1 f2合成時(shí) 如果以這兩個(gè)共點(diǎn)力f1與f2為鄰邊作平行四邊形 那么其合力大小和方向就可以用這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線來(lái)表示 這個(gè)法則就叫做平行四邊形定則 如下圖 f即表示f1與f2的合力 特別提醒 根據(jù)平行四邊形定則用作圖法求兩個(gè)力的合力時(shí) 須嚴(yán)格作出力的圖示 再由圖量出合力的大小和方向 應(yīng)注意 分力 合力的作用點(diǎn)相同 切忌弄錯(cuò)了表示合力的對(duì)角線 分力 合力的比例要一致 力的標(biāo)度要適當(dāng) 虛線 實(shí)線要分清 表示分力和合力的兩條鄰邊和對(duì)角線畫實(shí)線 并加上箭頭 平行四邊形的另兩條邊畫虛線 求合力時(shí)既要求出合力的大小 還要求出合力的方向 不要忘了用量角器量出合力與某一分力間的夾角 2 所有矢量的合成都遵循平行四邊形定則 沒(méi)有例外 3 由平行四邊形定則分析可知 f1與f2的夾角 變化時(shí) 合力f的大小和方向都隨之變化 兩個(gè)分力f1與f2同向時(shí)合力f最大 f f1 f2 兩個(gè)分力f1與f2反向時(shí)合力f最小 f f1 f2 其方向與比較大的那個(gè)分力的方向相同 合力的變化范圍 f1 f2 f f1 f2 特別提醒 1 若三個(gè)共點(diǎn)力f1 f2 f3的合力為f 設(shè)f1 f2 f3 顯然 當(dāng)三個(gè)力方向相同時(shí) 合力f最大 fmax f1 f2 f3 2 若三個(gè)力中最大那個(gè)力在另外兩個(gè)力的合力的變化范圍內(nèi) 則合力f最小值為零 fmin 0 若三個(gè)力中最大那個(gè)力不在另外兩個(gè)力的合力的變化范圍內(nèi) 則當(dāng)f1與f2方向相同且與fmax方向相反時(shí) 合力f最小 fmin f3 f1 f2 f1與f2的夾角 越大 合力就越小 合力可能大于某一個(gè)分力 也可能小于某一個(gè)分力 3 作圖法求合力從力的作用點(diǎn)起 以兩個(gè)力的方向按同樣的標(biāo)度作出兩個(gè)力f1與f2的圖示 規(guī)范畫出平行四邊形 這個(gè)平行四邊形中兩個(gè)分力所夾的對(duì)角線的長(zhǎng)度按同樣的比例表示了合力f的大小 對(duì)角線的方向就是合力f的方向 通?？捎昧拷瞧髁砍龊狭與某個(gè)分力的夾角 特別提醒 作平行四邊形時(shí)要注意 合力 分力要共點(diǎn) 實(shí)線 虛線要分清 合力 分力的標(biāo)度要相同 作平行四邊形要準(zhǔn)確 4 三角形定則求合力下圖中甲用平行四邊形定則求得f1 f2的合力f 圖乙把表示f1 f2的有向線段依次首尾相連 再把代表f1線段的起點(diǎn)和f2的終點(diǎn)相連 得到合力f 這一方法稱為三角形定則 圖丙為用平行四邊形定則求三個(gè)力f1 f2 f3的合力的示意圖 先求出任意兩個(gè)分力 如f1和f2 的合力f12 再求出f12與第三個(gè)力f3的合力f 同樣可以如圖丁所示 把代表f1 f2 f3的有向線段依次首尾相連 再把代表f1線段的起點(diǎn)和代表f3線段的終點(diǎn)相連 得到合力f 這一方法可稱為力多邊形法 1 定義如果一個(gè)物體受到兩個(gè)或更多力的作用 有些情況下這些力共同作用在同一點(diǎn)上 或者雖不作用在同一點(diǎn)上 但它們的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn) 這樣的一組力叫做共點(diǎn)力 2 共點(diǎn)力的合力對(duì)兩個(gè)共點(diǎn)力均可以用平行四邊形定則求出其合力 對(duì)多個(gè)共點(diǎn)力的合成 我們可以先求出任意兩個(gè)力的合力 再求這個(gè)合力跟第三個(gè)力的合力 直到把所有的力都合成進(jìn)去 最后得到的結(jié)果就是這些力的合力 特別提醒 平行四邊形定則適用于共點(diǎn)力合成 非共點(diǎn)力不能運(yùn)用平行四邊形定則合成 3 求任意三個(gè)共點(diǎn)力的合力最小值的方法已知任意三個(gè)力的大小 求這三個(gè)力的合力最小值 或取值范圍 如有三個(gè)分力f1 f2 f3 分別為3n 5n 7n 那這三個(gè)力的合力最小值可這樣求 先求任意兩個(gè)力的合力取值范圍 如3n和5n其合力范圍為2n 8n 另一個(gè)力7n恰好落在這中間 因此合力最小值必為零 還有一種相反情況 如3n 5n 10n 第三力不在前兩個(gè)力的合力取值范圍內(nèi) 雖然此時(shí)最小合力為第三力與前兩合力之和的差 10n 3 5 n 2n 由組合法可知 上述兩種情況分別有三種解法 結(jié)果肯定一致 特別提醒 在有些問(wèn)題中 如果不需考慮物體的轉(zhuǎn)動(dòng)和形變 物體的形狀 大小可以忽略 即物體可以看成質(zhì)點(diǎn) 那么作用在該物體上的力即使不是共點(diǎn)力 也可以當(dāng)作共點(diǎn)力處理 力的合成的平行四邊形定則 只適用于共點(diǎn)力 例1關(guān)于兩個(gè)分力f1 f2及它們的合力f的說(shuō)法 下述正確的是 a 合力f一定與f1 f2共同作用產(chǎn)生的效果相同b 兩個(gè)力f1 f2一定是同種性質(zhì)的力c 兩個(gè)力f1 f2一定是同一個(gè)物體受到的力d 兩個(gè)力f1 f2與合力f是物體同時(shí)受到的三個(gè)力答案 ac 解析 只有同一個(gè)物體受到的力才能合成 分別作用在不同物體上的力不能合成 合力是對(duì)原來(lái)幾個(gè)力的等效替換 合力與分力不能同時(shí)存在 分力可以是同性質(zhì)的力 也可以是不同性質(zhì)的力 規(guī)律總結(jié) 對(duì)于合力與分力的關(guān)系可以從以下幾方面來(lái)理解 1 合力與分力是一種等效替代關(guān)系 即合力與分力共同作用的效果相同 2 一個(gè)物體不能同時(shí)受到分力與合力 也就是說(shuō)合力與分力不能同時(shí)存在 分析物體受力應(yīng)從施力物體和受力物體的角度分析 3 合力既可能大于分力的大小 也可能等于或小于分力的大小 合力大小由分力大小和方向共同決定 變式訓(xùn)練1兩個(gè)共點(diǎn)力f1與f2 其合力為f 則 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不變 且它們的夾角不變時(shí) 合力f一定增大d 當(dāng)兩個(gè)分力大小不變時(shí) 增大兩分力的夾角 則合力一定減小答案 bd 解析 在比較合力與分力大小間的關(guān)系時(shí) 可用定性 定量的分析方法 同時(shí)利用特殊值參與討論 從而對(duì)一些似是而非的概念之間的聯(lián)系與區(qū)別 可以做出最直接的肯定與否定 選b d 本題可以利用特殊值法 設(shè)f1 2n f2 3n 則合力的大小范圍是1n f 5n 由此可知 a錯(cuò)誤 b正確 當(dāng)f1和f2反向時(shí) f1增大到f 1 3n 則合力由f 1n減為f 0n 所以c錯(cuò)誤 兩分力同向時(shí)合力最大 反向時(shí)合力最小 夾角增大時(shí)合力減小 d正確 例2如圖甲所示 物體受到大小相等的兩個(gè)拉力作用 每個(gè)拉力都是20n 夾角是60 求這兩個(gè)力的合力 規(guī)律總結(jié) 用圖示法求合力時(shí) 必須選取統(tǒng)一標(biāo)度 用計(jì)算法求合力時(shí) 要選取恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法 無(wú)論用什么樣的方法 都要利用平行四邊形定則 變式訓(xùn)練2力f1 4n 方向向東 f2 3n 方向向北 求這兩個(gè)力合力的大小和方向 答案 5 0na 53 解析 本題可用作圖法和計(jì)算法兩種方法求解 作圖法 用0 5cm長(zhǎng)的線段代表1n 作出f1的線段長(zhǎng)2cm f2的線段長(zhǎng)1 5cm 并標(biāo)明方向 如下圖所示 如圖所示 有五個(gè)力f1 f2 f3 f4 f5作用在一點(diǎn)o上 構(gòu)成正六邊形的兩鄰邊和三條對(duì)角線 設(shè)f3 30n 試求這五個(gè)力的合力 f3 f3 f合 f3 f3 f3 3f3 答案 90n解析 解法一 先求其中任意兩個(gè)力的合力 再跟第三個(gè)力合成求得合力 依此類推 直到把這五個(gè)力都合成為止 最后得到的結(jié)果為f合 3f3 90n 解法二 利用三角形法 或?qū)ΨQ法 從圖中可以看出f1 f3 f4可組成一個(gè)封閉三角形 即可證得f1和f4的合力必與f3相同 同理可知f2 f5的合力也與f3相同 所求五個(gè)力的合力就等效為三個(gè)共點(diǎn)同向的f3的合力 即f合 90n 方向與f3方向相同 合力與合成順序無(wú)關(guān) 規(guī)律總結(jié) 此題的創(chuàng)新之處即為一題多解 解法 一 思路簡(jiǎn)單 但要步及復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算 解法 二 巧用物理概念 規(guī)律和方法去分析 研究 推理和論證 就使解題思路變得極為明了 巧妙而富有創(chuàng)造性 變式訓(xùn)練3下列各組共點(diǎn)力 其合力不可能為零的是 a 2n 5n 8nb 3n 6n 9nc 6n 7n 7nd 1n 11n 10n答案 a解析 三個(gè)共點(diǎn)力求合力 合力不為零的條件是 最大力大于其它兩力之和 例4如下圖所示裝置中 用一滑輪組將物體b吊起 已知 當(dāng)兩繩的夾角為120 時(shí) 物體a和b處于靜止?fàn)顟B(tài) 若a物體的質(zhì)量為m 則b物體的質(zhì)量為 答案 m解析 因?yàn)槭腔?所以繩中的拉力都等于物體a的重力mg 由于b物體處于靜止?fàn)顟B(tài) 說(shuō)明兩繩拉力的合力大小等于b物體的重力 作出兩繩拉力合力的示意圖 如圖所示 因?yàn)樽鞒龅钠叫兴倪呅螢榱庑?所以兩繩拉力的合力f 2mgcos60 mg 即物體b的重力為mg 由此得b的質(zhì)量也為m 規(guī)律總結(jié) 此類問(wèn)題的解題步驟 1 選擇研究對(duì)象 確定物體處于平衡狀態(tài) 2 按照已知力 重力 彈力 摩擦力的順序分析物體的受力情況 3 利用平衡時(shí)任一個(gè)力與其他力的合力等大反向處理力的合成 變式訓(xùn)練4如下圖所示 兩根相同的橡皮條oa ob 開始夾角為0 在o點(diǎn)處打結(jié)吊一重50n的物體后 結(jié)點(diǎn)o剛好位于圓心 今將a b分別沿圓周向兩邊移到a b 使 aoa bob 60 欲使結(jié)點(diǎn)仍在圓心處 則此時(shí)結(jié)點(diǎn)處應(yīng)掛多重的物體 一 合力和分力當(dāng)一個(gè)物體受到幾個(gè)力的共同作用時(shí) 我們常?？梢郧蟪鲞@樣一個(gè)力 這個(gè)力產(chǎn)生的 跟原來(lái)幾個(gè)力的 相同 這個(gè)力就叫做那幾個(gè)力的 原來(lái)的幾個(gè)力叫 二 力的合成1 定義 求幾個(gè)力的 的過(guò)程或 的方法 叫做力的合成 2 平行四邊形定則兩個(gè)力合成時(shí) 以表示這兩個(gè)力的線段為 作平行四邊形 這兩個(gè)鄰邊之間的 就代表合力的 如圖所示 這個(gè)法則叫做平行四邊形定則 三 共點(diǎn)力如果一個(gè)物體受到兩個(gè)或更多力的作用 有些情況下這些力共同作用在 或者雖不作用在同一點(diǎn)上 但它們的 交于一點(diǎn) 這樣的一組力叫做共點(diǎn)力 自主校對(duì) 一 效果共同效果合力分力二 1 合力求合力2 鄰邊對(duì)角線大小和方向三 同一點(diǎn)上延長(zhǎng)線 1 兩個(gè)大小和方向都確定的共點(diǎn)力 其合力的 a 大小和方向都確定b 大小確定 方向不確定c 大小不確定 方向確定d 大小和方向都不確定答案 a 解析 由平行四邊形定則可知 當(dāng)兩個(gè)力的大小和方向都確定后 則其對(duì)角線的大小和方向也就確定了 故選項(xiàng)a正確 2 如圖所示 兩個(gè)共點(diǎn)力f1 f2的大小一定 夾角 是變化的 在 從0 逐漸增大到180 的過(guò)程中 合力f的大小變化情況為 a 逐漸增加到最大b 從最大逐漸減小到零c 從最大逐漸減小到最小d 先增大后減小答案 c 解析 當(dāng) 角為0 時(shí) f1與f2在一條直線上 方向相同 合力為f1 f2之和 當(dāng) 角增大 f1 f2有一定的夾角 合力小于f1 f2之和 當(dāng) 角為180 時(shí) f1與f2方向相反 合力為f1與f2之差 達(dá)到最小值 因此c正確 3 如右圖所示 水平電線ab對(duì)豎直電桿的拉力是400n 當(dāng)斜拉索bc的拉力是500n時(shí) 電線和斜拉索對(duì)電桿的合力恰好豎直向下 由于電線ab和斜拉索bc的作用 問(wèn)電桿對(duì)地面增加的壓力是多少 斜拉橋第二次世界大戰(zhàn)后 德國(guó)為了修復(fù)大批被戰(zhàn)爭(zhēng)破壞的橋梁 需要比較簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的橋式 就在懸索橋基礎(chǔ)上發(fā)展了新型的斜拉橋 斜拉橋也叫斜拉吊橋 主要由橋梁 鋼索和橋墩上的塔架三部分組成 橋梁除了有橋墩支承外 還被鋼索拉著 這種鋼索預(yù)先就給橋梁一定的拉力 車輛通過(guò)后 橋梁的受力就大大減小 因此 經(jīng)過(guò)調(diào)整鋼索中的預(yù)拉力 可使橋梁受力均勻合理 而橋梁的高度降低 自重減輕 斜拉橋根據(jù)縱向斜纜布置有輻射形 扇形 豎琴形 星形等多種形式 第一座近代斜拉