新教材高中物理第三章相互作用__力4力的合成和分解課件新人教版必修第一冊

1、第三章 相互作用力學習目標1.通過生活體驗,認識共點力、合力和分力,會描述合力和分力的概念,知道力的合成是求幾個力的合力的過程,知道力的分解是求某個力的分力的過程,體會等效替代思想.2.通過實驗理解矢量合成和分解時遵從平行四邊形定則,知道合力和分力的關系,會用作圖法和計算法求兩個力的合力或某個力的分力,進一步理解矢量和標量的區(qū)別.4力的合成和分解知識點一 合力和分力答案:作用效果相同,可以等效替代.1.一個大人能夠提起一桶水,兩個小孩一起用力也可以提起這桶水,那么大人與小孩施加的力所達到的效果是否相同?可以用一個大人的力替換兩個小孩的作用力嗎?2.閱讀教材第68頁,請區(qū)分這個大人的力和那兩個小

2、孩的力誰是合力?誰是分力?答案:大人的力叫合力,兩個小孩的力叫分力.3.共點力:幾個力如果都作用在物體的 ,或者它們的 相交于一點,這幾個力叫作共點力.4.合力和分力:假設一個力單獨作用的效果跟某幾個力共同作用的效果 ,這個力就叫作那幾個力的 ;假設幾個力共同作用的效果跟某個力單獨作用的效果相同,這幾個力就叫作那個力的 .同一點作用線相同合力分力知識點二力的合成和分解1.如圖所示,兩個人反向拉或同向推拉小車,小車都向右運動.如果拉或推的方向在同一條直線上,如何求兩人的合力?答案: 兩個力同向時,合力的大小等于這兩個力的數值之和;兩個力反向時,合力的大小等于這兩個力的數值之差,方向與較大的力同向

3、.2.圖中兩人同拉一輛車,如果每人都用100 N的力拉車,車受到的拉力是200 N嗎?答案:車受到的拉力不一定是200 N.3.力的合成和分解:求幾個力的 的過程叫作力的合成;求一個力的 的過程叫作力的分解.4.平行四邊形定則:求兩個力合成,如果以表示這兩個力的有向線段為 作平行四邊形,這兩個鄰邊之間的 .就代表合力的 和 .5.將某個力分解時,以表示這個力的有向線段為 作平行四邊形,與這條對角線共點的兩個鄰邊表示兩個分力的 和 ,力的分解也遵從平行四邊形定則.合力分力鄰邊對角線大小方向對角線大小方向知識點三矢量和標量1.閱讀教材第7071頁,思考“有方向的物理量一定是矢量,沒有方向的物理量一

4、定是標量”的說法正確嗎?為什么?答案:不正確.標量與矢量的根本區(qū)別在于運算法則的不同,而不是有無方向.標量有時候也有方向,但這個方向與矢量的方向的本質不同.如電流有方向,但求和時用算術法則,所以電流是標量.2.矢量和標量:既有 又有 ,相加時遵從 .定則的物理量叫作矢量;只有 ,沒有 ,相加時遵從 法則的物理量叫作標量.大小方向平行四邊形大小方向算術小試身手判斷下列說法的正誤并和同學交流(正確的在括號內打“”,錯誤的打“”).1.作用在物體上同一點的力才是共點力.( )2.合力和分力都作用在物體上,受力分析時都要分析.( )3.合力一定大于分力.( )4.平行四邊形定則也適用于多個共點力求合力

5、.( )5.一個力只能分解為兩個分力.( )探究一合力和分力問題情境觀察三個圖中的作用力.甲乙丙1.找出它們的區(qū)別并總結什么是共點力.答案:甲圖中,三個力共同作用在物體同一點上;乙圖中,三個力雖然不作用在同一點上,但它們的作用線交于一點;丙圖中的力既沒有作用在同一點上,它們的作用線也不交于一點.幾個力如果都作用在物體的同一點,或者它們的作用線相交于一點,這幾個力叫作共點力.2.在圖乙中,兩個人共同用力將一個牌匾拉上墻頭.第三個人也可以單獨將該牌匾拉上墻頭.第三個人的力與兩個人共同作用的力有什么關系?該牌匾是不是同時受這三個人的力的作用?答案:第三個人的力與前面兩個人共同作用的力的效果相同;兩個

6、人共同作用的力可以看成第三個人的力的分力,第三個人的力等于前面兩個人共同作用的力的合力.不是.過程建構合力和分力的關系.(1)等效性:合力的作用效果與分力共同作用的效果相同,它們在效果上可以相互替代 .(2)同體性:各個分力是作用在同一物體上的,分力與合力的受力物體為同一物體,作用在不同物體上的力不能求合力.(3)瞬時性:各個分力與合力具有瞬時對應關系,某個分力變化了,合力也同時發(fā)生變化.【典例1】(多選)關于分力和合力,下列說法正確的是( )A.合力和分力同時作用在同一物體上B.分力作用于物體上共同產生的效果與合力單獨作用時產生的效果是相同的C.各個分力一定是同一性質的力才可以進行合成D.各

7、個分力必須是同一個物體同一時刻受到的力解析:本題考查合力和分力的關系,準確理解合力和分力的關系是解題的關鍵.合力是各個分力的等效替代,作用效果相同,合力和分力并不同時作用于物體上,選項A錯誤,選項B正確;各個分力可以是不同性質的力,也可以是同一性質的力,選項C錯誤;各個分力必須是同一時刻同一物體受到的力,選項D正確.答案:BD探究二力的合成和分解問題情境如圖甲所示,把物塊掛在一個彈簧測力計的下面,穩(wěn)定時彈簧測力計的示數為F=5 N;如圖乙所示,用兩個彈簧測力計相互垂直拉住同一物塊,穩(wěn)定時彈簧測力計示數分別為F1=3 N、F2=4 N.甲乙1.F與F1、F2的作用效果有什么關系?F與F1、F2的

8、大小和方向滿足什么關系?答案: F的作用效果與F1、F2共同作用的效果相同,F可以看成F1、F2的合力.以表示F1、F2的有向線段為鄰邊作一平行四邊形,則F1、F2之間的對角線與F大小相等,方向相同.2.如果改變兩個彈簧測力計的拉力方向,彈簧測力計的示數也發(fā)生變化,但以表示F1、F2的有向線段為鄰邊作出的平行四邊形的對角線卻不變,如圖所示.你能據此總結出互成角度的兩個力合成時遵循什么規(guī)律嗎?答案:互成角度的兩個力合成時,以表示這兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形,這兩個鄰邊之間的對角線就表示這兩個力的合力.3.如圖所示,斜面的傾角為,固定在直角木支架上,將一用橡皮條拉著的重力為G的小車放在該斜

9、面上.如果沒有條件限制,有辦法求出重力的分力嗎?請試著沿斜面方向和垂直于斜面方向將重力分解并表示出兩個分力的大小.答案:如果沒有限制,對于同一條對角線,可以作出無數個不同的平行四邊形.也就是說,如果沒有條件限制,小車的重力可以分解為無數組大小、方向不同的力.沿斜面方向和垂直于斜面方向將重力分解如圖所示.兩個分力大小為Gx=Gsin ,Gy=Gcos .過程建構1.求合力的方法.(1)作圖法:作圖法就是根據平行四邊形定則作出標準的平行四邊形,然后根據圖形用測量工具確定出合力的大小、方向.(2)計算法:先作出力的合成的示意圖,然后運用數學知識,如解直角三角形,正、余弦定理等,進行計算.2.合力的大

10、小范圍.由平行四邊形定則可知,F1、F2的夾角變化時,F的大小和方向也發(fā)生變化.(1)兩分力同向時,合力最大,Fmax=F1+F2.(2)兩分力反向時,合力最小,Fmin= |F1-F2|,其方向與較大的一個分力相同.(3)不共線的兩個力的合力滿足三角形的三邊關系,即|F1-F2|F合F1+F2.綜上所述,兩個共點力的合力的取值范圍是|F1-F2|FF1+F2.【典例2】人們常在電線桿的兩側設置鋼絲繩,把電線桿固定在地上,如圖所示.如果鋼絲繩與地面的夾角均為60,每條鋼絲繩的拉力都是300 N,求兩根鋼絲繩作用在電線桿上的合力.解析:本題考查力的合成,熟練掌握作圖法和計算法是解題的關鍵.(1)

11、作圖法.自O點沿鋼絲繩引兩條有向線段OC和OD,夾角為60,設定每單位長度表示100 N,則OC和OD的長度都是3個單位長度,作出平行四邊形OCED,其對角線OE就表示兩個拉力的合力F,如圖甲所示,量得OE長為5.2個單位長度,所以合力F=1005.2 N=520 N.用量角器量得COE=DOE=30,所以合力方向豎直向下.甲(2)計算法.先畫出力的平行四邊形,如圖乙所示.乙由于OC=OD,所以得到的平行四邊形是菱形,連接CD、OE,兩對角線垂直且平分,COO=30,在OCO中,答案:520 N,方向豎直向下求兩個力的合力的方法探究三矢量和標量問題情境我們學習了位移,知道位移是矢量,既有大小,

12、又有方向.試討論以下問題.1.我們規(guī)定電路中正電荷定向移動的方向為電流的方向,那么,電流是矢量還是標量?為什么?答案:標量.既有大小又有方向,相加時遵從平行四邊形定則的物理量是矢量;只有大小,沒有方向,相加時遵從算術運算法則的物理量是標量.電流的運算遵從算術運算法則,所以電流是標量.2.當物體做直線運動時,規(guī)定正方向后,我們可以用正負表示速度的方向,速度的正負與溫度的正負含義相同嗎?答案:二者的含義不同.速度的正負表示速度方向,溫度的正負表示溫度比零攝氏度高還是低.3.舉例說明已經學過的物理量中哪些是矢量,哪些是標量.它們的運算法則有什么不同?答案:已經學過的物理量如力、位移、速度、加速度等是

13、矢量;時間、路程、質量、溫度等是標量.矢量和標量的本質區(qū)別在于它們的運算法則不同,矢量按照平行四邊形定則運算,標量按照算術法則運算.過程建構矢量的運算法則平行四邊形定則.如圖所示,平行四邊形的兩個鄰邊表示兩個分矢量x1和x2,它們所夾的對角線表示合矢量x.線段的長度表示矢量的大小,箭頭指向表示矢量的方向.【典例3】一個物體受到大小相等的兩個拉力作用,每個拉力都是100 N,這兩個力的夾角為90,求這兩個力的合力.學會審題解析:由于兩個力大小相等,夾角為90,故作出的平行四邊形為正方形,如圖所示.答案:141.4 N,方向與F1夾角為45課堂評價1.(2021廣東卷)唐代耒耜經記載了曲轅犁相對直

14、轅犁的優(yōu)勢之一是起土省力.設牛用大小相等的拉力F通過耕索分別拉兩種犁,F與豎直方向的夾角分別為和,如圖所示.忽略耕索質量,耕地過程中,下列說法正確的是( )A.耕索對曲轅犁拉力的水平分力比對直轅犁的大B.耕索對曲轅犁拉力的豎直分力比對直轅犁的大C.曲轅犁勻速前進時,耕索對犁的拉力小于犁對耕索的拉力D.直轅犁加速前進時,耕索對犁的拉力大于犁對耕索的拉力答案:B2.如圖所示,石拱橋的正中央有一質量為m的對稱楔形石塊,側面與豎直方向的夾角為,重力加速度為g,若接觸面間的摩擦力忽略不計,則石塊側面所受彈力的大小為( )答案:A3.為了把陷在泥坑里的汽車拉出來,司機用一條結實的繩子把汽車拴在一棵大樹上,

15、開始時汽車與大樹相距12 m,然后在繩的中點用400 N的力F沿垂直繩的方向拉繩,結果中點O被拉過60 cm,如圖所示,假設繩子的伸長不計,則汽車受到的拉力為( )A.200 N B.400 NC.2 000 N D.800 N答案:C解析:對中點O進行受力分析,根據力的平行四邊形定則及三角形知識求解.如圖所示.學科素養(yǎng)培優(yōu)科學方法等效替代法的應用等效替代法是通過把復雜的物理現象、物理過程轉化為簡單的物理現象、物理過程來研究和處理的一種科學思想方法.它是物理學研究的一種重要方法.在學習過程中,若將此法滲透到對物理過程的分析中,不僅可以使我們對物理問題的分析和解答變得簡捷,而且對靈活運用知識,促

16、使知識、技能的遷移,都會有很大的幫助.在中學物理中,平均速度、重心、合力與分力、等效電路等,都是根據等效概念引入的.“等效”并非指事物各個方面的效果都相同,而是強調某一方面的效果,因此一定要明確不同事物在什么條件、什么范圍、什么方面等效,通?？梢钥紤]對下列因素進行等效替代:研究對象、物理模型、物理狀態(tài)、物理過程、物理作用等.力的等效如圖所示,三個共點力F1、F2與F3作用在同一個質點上,其中,F1與F2共線且反向,F3與F1垂直,F1=6 N,F2=2 N,F3=3 N,怎么快速得到質點所受的合力大小呢?【典例1】分別表示F1、F2、F3、 F4、F5五個力的有向線段構成的幾何圖形如圖所示,已知F5=5 N,方向水平向左.則可以等效替代這五個力的力為( )A.5 N,方向水平向左B.5 N,方向水平向右C.10 N,方向水平向右D.15 N,方向水平向左解析:根據矢量合成的法則可知,F1和F2的合力與F5等大且反向,F3和F4的合力與F5等大且反向,則這五個力的合力大小等于5 N,方向與F5相反,選項B正確.答案:B【典例2】一質點受到的六個共