2019_2020學(xué)年高中物理第三章相互作用4力的合成學(xué)案新人教版必修1.docx

4力的合成學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀(guān)念：1.知道合力、分力以及力的合成的概念.2.理解力的合成的法則平行四邊形定則科學(xué)思維：1.會(huì)用圖解法和計(jì)算法計(jì)算合力的大小.2.知道合力隨分力的夾角的變化情況，知道合力的取值范圍一、力的合成1合力與分力當(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)生的效果跟原來(lái)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)力叫做分力2合力與分力的關(guān)系合力與分力之間的關(guān)系是一種等效替代的關(guān)系，合力作用的效果與分力共同作用的效果相同3力的合成(1)定義：求幾個(gè)力的合力的過(guò)程叫做力的合成(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(xiàn)段為鄰邊作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線(xiàn)就代表合力的大小和方向如圖1所示，F(xiàn)表示F1與F2的合力圖1二、共點(diǎn)力1定義：如果幾個(gè)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(xiàn)交于一點(diǎn)，這樣的一組力叫做共點(diǎn)力2力的合成的平行四邊形定則，只適用于共點(diǎn)力1判斷下列說(shuō)法的正誤(1)合力與原來(lái)幾個(gè)力同時(shí)作用在物體上()(2)合力的作用可以替代原來(lái)幾個(gè)力的作用，它與那幾個(gè)力是等效替代關(guān)系()(3)合力總比分力大()(4)作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力，如果大小相等，方向相反，則這兩個(gè)力一定是共點(diǎn)力()2兩個(gè)共點(diǎn)力互相垂直，F(xiàn)18N，F(xiàn)26N，則它們的合力F_N，合力與F1間的夾角_.答案1037一、合力與分力的關(guān)系(1)一個(gè)成年人或兩個(gè)孩子均能提起同一桶水，那么該成年人用的力與兩個(gè)孩子用的力的作用效果是否相同？二者能否等效替代？(2)兩個(gè)孩子共提一桶水時(shí)，要想省力，兩個(gè)人拉力間的夾角應(yīng)大些還是小些？為什么？答案(1)作用效果相同；兩種情況下的作用效果均是把同一桶水提起來(lái)，能夠等效替代(2)夾角應(yīng)小些提水時(shí)兩個(gè)孩子對(duì)水桶拉力的合力大小等于一桶水所受的重力，合力不變時(shí)，兩分力的大小隨著兩個(gè)力之間夾角的減小而減小，因此夾角越小越省力兩分力大小不變時(shí)，合力F隨兩分力F1、F2夾角的增大而減小，隨的減小而增大(0180)1兩分力同向(0)時(shí)，合力最大，F(xiàn)F1F2，合力與分力同向2兩分力反向(180)時(shí)，合力最小，F(xiàn)|F1F2|，合力的方向與較大的一個(gè)分力的方向相同3合力的取值范圍：|F1F2|FF1F2.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例1關(guān)于兩個(gè)大小不變的共點(diǎn)力F1、F2及它們的合力F，下列說(shuō)法中正確的是()A合力F一定與F1、F2共同作用產(chǎn)生的效果相同B兩力F1、F2與F是物體同時(shí)受到的三個(gè)力C兩個(gè)分力夾角小于90時(shí)，合力的大小隨兩分力夾角的增大而增大D合力的大小一定大于分力中最大者答案A解析合力與分力是等效替代關(guān)系，合力F與兩分力共同作用產(chǎn)生的效果相同，但合力與分力不能同時(shí)存在，故A正確，B錯(cuò)誤合力大小的取值范圍：|F1F2|FF1F2，故合力可以比分力中任何一個(gè)小，D錯(cuò)誤兩個(gè)分力夾角小于90時(shí)，合力的大小隨兩分力夾角的增大而減小，C錯(cuò)誤二、合力的求解1作圖法(如圖2所示)圖22計(jì)算法(1)兩分力共線(xiàn)時(shí)：若F1、F2兩力同向，則合力FF1F2，方向與兩力同向若F1、F2兩力反向，則合力F|F1F2|，方向與兩力中較大的同向(2)兩分力不共線(xiàn)時(shí)：可以根據(jù)平行四邊形定則作出力的示意圖，然后由幾何關(guān)系求解對(duì)角線(xiàn)，其長(zhǎng)度即為合力大小以下為兩種特殊情況：相互垂直的兩個(gè)力的合成(即90)：F，F(xiàn)與F1的夾角的正切值tan，如圖3所示圖3兩個(gè)等大的力的合成：平行四邊形為菱形，利用其對(duì)角線(xiàn)互相垂直平分的特點(diǎn)可解得F合2Fcos(如圖4所示)圖4圖5若120，則合力大小等于分力大小(如圖5所示)例2在電線(xiàn)桿的兩側(cè)常用鋼絲繩把它固定在地面上，如圖6所示如果鋼絲繩與地面的夾角均為60，每條鋼絲繩的拉力都是300N，試用作圖法和計(jì)算法分別求出兩根鋼絲繩作用在電線(xiàn)桿上的合力圖6答案520N，方向豎直向下解析(1)作圖法如圖甲所示，自O(shè)點(diǎn)引兩條有向線(xiàn)段OA和OB，相互間夾角為60，設(shè)每單位長(zhǎng)度代表100N，則OA和OB的長(zhǎng)度都是3個(gè)單位長(zhǎng)度，作出平行四邊形OACB，其對(duì)角線(xiàn)OC就表示兩個(gè)拉力F1、F2的合力F.量得OC長(zhǎng)5.2個(gè)單位長(zhǎng)度，故合力F5.2100N520N用量角器量得AOCBOC30，所以合力方向豎直向下(2)計(jì)算法先作出力的平行四邊形如圖乙所示，由于兩個(gè)力F1、F2大小相等，故作出的平行四邊形是一個(gè)菱形由幾何關(guān)系易得合力F2F1cos30300N520N，方向豎直向下針對(duì)訓(xùn)練1如圖7所示，兩個(gè)人共同用力將一個(gè)牌匾拉上墻頭其中一人用了450N的拉力，另一個(gè)人用了600N的拉力，如果這兩個(gè)人所用拉力的夾角是90，求它們的合力(已知sin530.8，cos530.6)圖7答案750N，方向與較小拉力的夾角為53解析設(shè)F1450N，F(xiàn)2600N，合力為F.由于F1與F2間的夾角為90，根據(jù)勾股定理，得FN750N，合力F與F1的夾角的正切tan，所以53，即合力的方向與較小拉力的夾角為53.三、多力的合成1合成方法：多個(gè)力的合成的基本方法仍是平行四邊形定則具體做法是先任選兩個(gè)分力求出它們的合力，用求得的結(jié)果再與第三個(gè)分力求合力，直到將所有分力的合力求完2三個(gè)力合力范圍的確定(1)最大值：三個(gè)力方向均相同時(shí)，三力合力最大，F(xiàn)mF1F2F3.(2)最小值若一個(gè)力在另外兩個(gè)力的和與差之間，則它們的合力的最小值為零若一個(gè)力不在另外兩個(gè)力的和與差之間，則它們的合力的最小值等于三個(gè)力中最大的力減去另外兩個(gè)力例3如圖8所示，表示五個(gè)共點(diǎn)力的有向線(xiàn)段恰好構(gòu)成正六邊形的兩條鄰邊和三條對(duì)角線(xiàn)已知F110N，這五個(gè)共點(diǎn)力的合力大小為()圖8A0B30NC60ND90N答案C解析先把F1、F4合成，則F14F3，再把F2、F5合成，則F25F3，由幾何關(guān)系可知F32F120N，所以F合3F360N.針對(duì)訓(xùn)練2如圖9所示，在同一平面內(nèi)，大小分別為1N、2N、3N、4N、5N、6N的六個(gè)力共同作用于一點(diǎn)，其合力大小為()圖9A0B1NC2ND3N答案A1(合力大小范圍)兩個(gè)共點(diǎn)力的大小分別為F115N，F(xiàn)28N，它們的合力大小不可能等于()A9NB25NC8ND21N答案B解析F1、F2的合力范圍是|F1F2|FF1F2，故7NF23N，不在此范圍的是25N，應(yīng)選擇B項(xiàng)2(合力大小的計(jì)算)(2019濟(jì)南一中期中)有兩個(gè)大小相等的共點(diǎn)力F1和F2，當(dāng)它們間的夾角為90時(shí)合力為F，則當(dāng)它們間的夾角為120時(shí)，合力的大小為()A2FB.FC.FD.F答案B解析兩個(gè)大小相等的共點(diǎn)力F1和F2，當(dāng)它們的夾角為90時(shí)，合力F，所以?xún)煞至Φ拇笮镕1F2F，當(dāng)它們的夾角為120時(shí)，根據(jù)平行四邊形定則可得，合力與分力的大小相等，即此時(shí)合力的大小為F合F，B正確3(合力大小的計(jì)算)如圖10所示，水平地面上固定著一根豎直立柱，某人用繩子通過(guò)柱頂?shù)墓饣ɑ唽?00N的貨物拉住已知人拉著繩子的一端，且該繩端與水平方向夾角為30，則柱頂所受壓力大小為()圖10A200NB100NC100ND50N答案B解析如圖所示，定滑輪只改變力的方向，不改變力的大小，所以繩的拉力F1F2100N，柱頂所受壓力大小F2F1cos302100N100N，故B選項(xiàng)正確4(多個(gè)力的合成)如圖所示，三個(gè)大小相等的力F，作用于同一點(diǎn)O，則合力最小的是()答案C一、選擇題考點(diǎn)一合力和分力的關(guān)系力的合成1(多選)對(duì)兩個(gè)大小不等的共點(diǎn)力進(jìn)行合成，則()A合力可能比最小的分力小B合力可能同時(shí)垂直于兩個(gè)分力C合力的方向可能與一個(gè)分力的方向相反D兩個(gè)分力的夾角在0到180之間變化時(shí)，夾角越小，合力越大答案ACD解析對(duì)大小不等的兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)，遵循平行四邊形定則，故合力可能大于、小于或等于任意一個(gè)分力，故A正確；合力是兩分力構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線(xiàn)，而對(duì)角線(xiàn)不可能同時(shí)垂直兩個(gè)邊，故B錯(cuò)誤；當(dāng)兩力方向相反時(shí)，則合力可以與一個(gè)分力的方向相反，故C正確；兩個(gè)大小不變的力，當(dāng)兩分力夾角在0到180之間變化時(shí)，其合力隨兩力夾角的減小而增大，故D正確2(多選)力是矢量，它的合成遵循平行四邊形定則，則下列關(guān)于大小分別為7N和9N的兩個(gè)力的合力的說(shuō)法正確的是()A合力可能為3NB合力不可能為9NC合力一定為16ND合力可能為2N答案AD解析兩力合成時(shí)，有|F1F2|FF1F2.當(dāng)兩力夾角為零時(shí)合力最大，最大值為9N7N16N；當(dāng)兩力夾角為180時(shí)合力最小，最小值為9N7N2N；故合力介于2N至16N之間，A、D正確，B、C錯(cuò)誤3兩根長(zhǎng)度相同、材料相同的細(xì)繩懸掛一塊小黑板，以下四種掛法中，最容易拉斷細(xì)繩的掛法是()答案D解析由題意知，兩繩子的拉力的合力相等，根據(jù)力的平行四邊形定則，可知當(dāng)兩繩子的夾角越大時(shí)，其拉力也越大因此，D圖中細(xì)繩的拉力最大，故選D.4.(多選)某研究性學(xué)習(xí)小組為頸椎病人設(shè)計(jì)了一個(gè)牽引裝置：如圖1所示，一根繩繞過(guò)兩個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪后兩端掛著相同的重物，與動(dòng)滑輪相連的帆布帶拉著病人的頸椎(圖中是用手指代替頸椎做實(shí)驗(yàn))，整個(gè)裝置在同一豎直平面內(nèi)如果要增大手指所受的拉力，可采取的方法是()圖1A只減小重物的重量B只增加重物的重量C只將手指向下移動(dòng)D只將手指向上移動(dòng)答案BC解析當(dāng)不變時(shí)，要增大合力需增大分力，即增加重物的重量，B正確，當(dāng)重物的重量不變時(shí)，要增大合力，需減小角，即將手指下移，C正確考點(diǎn)二力的合成的計(jì)算5如圖2所示為兩個(gè)共點(diǎn)力的合力F隨兩分力的夾角變化的圖象，則這兩個(gè)分力的大小可能為()圖2A1N和4NB2N和3NC1N和5ND2N和4N答案B解析由題圖知，兩分力方向相同時(shí)，合力為5N，即F1F25N；方向相反時(shí)，合力為1N，即|F1F2|1N故F13N，F(xiàn)22N，或F12N，F(xiàn)23N，B正確6(多選)小娟、小明兩人共提一桶水勻速前行，如圖3所示，已知兩人手臂上的拉力大小相等且為F，兩人手臂間的夾角為，水和水桶的總重力為G，則下列說(shuō)法中正確的是()圖3A當(dāng)為120時(shí)，F(xiàn)GB不管為何值，均有FC當(dāng)0時(shí)，F(xiàn)D越大時(shí)，F(xiàn)越小答案AC解析兩分力相等，由力的合成可知，120時(shí)，F(xiàn)F合G，0時(shí)，F(xiàn)F合，故A、C對(duì)，B錯(cuò)；越大，在合力一定時(shí)，分力F越大，故D錯(cuò)7(2019內(nèi)江市高一上學(xué)期期末)如圖4所示，輕繩上端固定在天花板上的O點(diǎn)，下端懸掛一個(gè)重為10N的物體A，B是固定的表面光滑的圓柱體當(dāng)A靜止時(shí)，輕繩與天花板的夾角為30，B受到繩的壓力是()圖4A5NB5NC10ND10N答案C8如圖5甲所示，射箭時(shí)，若剛釋放的瞬間弓弦的拉力為100N，對(duì)箭產(chǎn)生的作用力為120N，其弓弦的拉力如圖乙中F1和F2所示，對(duì)箭產(chǎn)生的作用力如圖乙中F所示弓弦的夾角應(yīng)為(cos530.6)()圖5A53B127C143D106答案D解析F1F2，由題圖乙可知，合力FF1cosF2cos，可得106，選項(xiàng)D正確9.設(shè)有三個(gè)力同時(shí)作用在質(zhì)點(diǎn)P上，它們的大小和方向相當(dāng)于正六邊形的兩條邊和一條對(duì)角線(xiàn)，如圖6所示，這三個(gè)力中最小的力的大小為F，則這三個(gè)力的合力等于()圖6A3FB4FC5FD6F答案A解析由題意得，F(xiàn)1F2F，由幾何關(guān)系得F32F，又F1、F2夾角為120，故其合力大小為F，方向與F3相同，因此三個(gè)力的合力大小為3F，故A正確10兩個(gè)共點(diǎn)力同向時(shí)合力為a，反向時(shí)合力為b，當(dāng)兩個(gè)力垂直時(shí)合力大小為()A.B.C.D.答案B解析假設(shè)兩個(gè)力的大小分別為F1、F2，且F1F2，則同向時(shí)：F1F2a反向時(shí)：F1F2b由以上式子得F1，F(xiàn)2，當(dāng)兩力垂直時(shí)：F故可得F，選項(xiàng)B正確二、非選擇題11.如圖7所示，一條小船在河中心向正東方向行駛，船上掛起一風(fēng)帆，帆受側(cè)向風(fēng)作用，風(fēng)力大小F1為100N，方向?yàn)闁|偏南30，為了使船受到的合力恰能沿正東方向，岸上一人用一根繩子拉船，繩子方向與河岸垂直，求出風(fēng)力和繩子拉力的合力大小及繩子拉力F2的大小圖7答案50N50N解析對(duì)小船受力分析如圖所示，以F1、F2為鄰邊作平行四邊形，使合力F沿正東方向，則FF1cos30100N50NF2F1sin30100N50N.12.如圖8所示，兩根相同的橡皮條OA、OB，開(kāi)始時(shí)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剛好位于圓心現(xiàn)將A、B分別沿圓周向兩邊移到A、B，使AOABOB60.欲使結(jié)點(diǎn)仍在圓心處，則此時(shí)結(jié)點(diǎn)處所掛物體的重力為多少？圖8答案25N解析設(shè)OA、OB并排吊起重物時(shí)，橡皮條產(chǎn)生的彈力大小均為F，則它們產(chǎn)生的合力為2F且與G1平衡，所以FN25N當(dāng)AO、BO夾角為120時(shí)，橡皮條伸長(zhǎng)量不變，橡皮條產(chǎn)生的彈力仍為25N，兩根橡皮條互成120角，所以合力的