高中物理第三章相互作用3.4力的合成教案10新人教必修.docx

4.力的合成【摘要】合力与分力之间是一种等效关系。一个力的作用效果可以与多个力的作用效果相同，即一个力可以由几个力来代替；反过来，多个力可以由一个力来代替。【关键词】合力与分力 合力的计算 共点力【教学目标】1.理解合力与分力的概念。2.通过实验，理解力的合成法则。3.知道共点力，掌握平行四边形定则，会用作图法、计算法求解共点力的合力。【知识对比】知识点初中高中探究合力方法初中未涉及提出了合力与分力的概念，并提出等效替代思想，用实验探究得到平行四边形定则求解共点力的合力初中未涉及提出共点力概念，提出了合力的求解方法【课时安排】1课时【教学过程】一、合力与分力【问题引入】什么是合力、分力？它们之间有什么关系？【情景引入】1654年,在德国的马德堡市，有人做了一个轰动一时的实验。在实验中，把两个空心的铜质半球合在一起,抽去其中的空气后，用两支马队向相反的方向拉半球。结果，当两支马队各增加到八匹马时，才将它们拉开，这就是著名的马德堡半球实验（见图4-1)。如果用两头大象来代替两支马队，两个半球也恰好能拉开。从力的作用效果看，一头大象的拉力与八匹马拉力是等效的。我们把象的拉力叫做合力，马的拉力叫做分力。那么，合力与分力的关系是什么呢？我们用下面的过程可以探究求合力的方法。1. 合力与分力如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同,则这个力就叫作那几个力的合力，而那 几个力就叫作这个力的分力。2.探究求合力的方法（1）实验仪器如图4-2所示，包括图板、白纸、弹簧秤两个、橡皮筋、细绳套两个、量角器 (或三角板）、刻度尺、图钉若干个、铅笔。（2）实验步骤:用图钉把白纸固定在水平桌面上的图板上。用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点，橡皮筋的另一端拴上两个细绳套。通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮筋，橡皮筋伸长，使打结的点伸长到O点(如图 4-3所示）。用錯笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。在纸上按比例作出F1、F2两个力的图示，用平行四边形定则求出合力F。只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋上的打结的点拉到同样的位置 0，记下测力计的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力F的图示 (见图4 - 4)，比较F与用平行四边形定则求得的合力F，比较合力大小是否相等，方向是否相同。改变F1和F2的夹角和大小，再做两次实验。结论:F和对角线F在误差范围内重合，说明两个力合成时，用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则平行巧边形的对角线所代表的力与合力的大小和方向是相同的。求合力的方法可用平行四边形定则。即两个力合成时，以表 示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向（如图4-5所示）。这个法则叫作平行四边形定则。【易错警示】合力是几个分力的共同效果，并不是单独存在的力。因此受力分析中合力与分力不能同 时出现。【归纳总结】（1）合力与分力之间的关系是一种等效代替的关系。一个力的作用效來可以与多个力的 作用效果相同，即一个力可以由几个力来代替;反过来，多个力也可以由一个力来代替。（2）力的合成是唯一的；只有同一物体所受的力方能合成；不同性质的力也可以合成，因为合力与分力是作用效果上的一种等效代替。（3）由平行四边形可知，F1和F2的夹角变化时，F的大小和方向变化。两分力同向时，合力最大两分力反向时，合力最小，其方向与较大的一个分力方向相同。合力的取值范围夹角越大，合力就越小。合力可能大于某一分力，也可能小于某一分力。难点辨析1判断下列说法的正误。1. 一个物体受到几个力(分力)作用的同时，还受到合力的作用。( )2合力与分力的等效替代是可逆的。（ ）3.两个共点力的合力为F，如果它们之间的夹角固定不变，使其中一个力增大，合力F 可能不变。（ ）3.合力与分力的相关性等效性：合力的作用效果与分力的共同作用效果相同，它们在效果上可以相互替代，是一 种等效替代关系。同体性:各个分力是作用在同一物体上的，分力与合力是相对于同一个物体而言的，作用在不同物体上的力不能求合力。瞬时性:各个分力与合力具有瞬时对应关系，某个分力变化了，合力也同时发生变化。二、合力的计算【问题引入】怎样求合力？【情景引入】一个重为20 N的物体置于光滑的水平面上，当用一个f = 5 N的力竖直向上拉该抽体时，如图4-6所示，物体受到的合力为多少？物体受到重力、支持力和拉力作用，因为物体处于静止状态，合力为0。当 图4-6 然我们也可以求出重力和支持力的合力与拉力平衡，大小为5N，方向竖直向下。同一直线上多个力的合成，首先要选取一个正方向建立一维坐标系，与正方向相同的力规定为正值与正方向相反的力规定为负值，它们的合力就是各个力的代数和，合力为正时表明 合力方向沿坐标轴的正方向，合力为负时表明合力方向沿坐标轴的负方向。如杲物体受到的力不在一条直线上，我们用什么方法求解合力呢？1.共点力几个力如果都作用在物体的同一点，或者几个力作用在物体上的不同点，但这几个力的作用线延长后相交于同一点，这几个力就叫共点力，所以，共点力不一定作用在同一点上，如 图4-7(a)(b)所示的三个力小3均为共点力。2.求合力的方法依据平行四边形定则，具体的方法有作图法和计算法两种，但是要注意力的合成的平行四边形定则，只适用于共点力。（1）作图法:从力的作用点起，依两个力的方向按同一标度作出两个力F1和F2的图示. 并构成平行四边形，这个平行四边形的对角线的长度按同样的比例表示了合力F的大小, 角线的方向就是合力的方向，通常可用量角器直接量出合力F与某个力的夹角。（2）计算法:先作出力的合成的示意图，然后运用数学知识，如运用解直角三角形等，进行计算。注意：多个力合成时，先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。例题（P63）力F1=45N,方向水平向右。力F2=60N,方向竖直向上。通过作图求这两个力的合力F的大小和方向。分析与解 选择某一标度，例如用8 mm长的线段表示 15 N的力，作出力的平行四边形，如图4-8所示，表示A 的线段长24 mm,表示F2的线段长32 mm。用刻度尺测量后得知，表示合力F的对角线长40mm，所以合力的大小F=1540/8 =75N。用量角器量得合力F与力F1的夹角为53O.计算法：OF1F是直角三角形，由勾股定理可知,，则合力F与力F1的夹角为53O.板书：4力的合成一、合力与分力1. 合力与分力如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同,则这个力就叫作那几个力的合力，而那 几个力就叫作这个力的分力。2.探究求合力的方法结论:F和对角线F在误差范围内重合，说明两个力合成时，用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则平行巧边形的对角线所代表的力与合力的大小和方向是相同的。求合力的方法可用平行四边形定则。即两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向（如图4-5所示）。这个法则叫作平行四边形定则。【易错警示】合力是几个分力的共同效果，并不是单独存在的力。因此受力分析中合力与分力不能同时出现。【归纳总结】（1）合力与分力之间的关系是一种等效代替的关系。一个力的作用效來可以与多个力的 作用效果相同，即一个力可以由几个力来代替;反过来，多个力也可以由一个力来代替。（2）力的合成是唯一的；只有同一物体所受的力方能合成；不同性质的力也可以合成，因为合力与分力是作用效果上的一种等效代替。（3）由平行四边形可知，F1和F2的夹角变化时，F的大小和方向变化。两分力同向时，合力最大两分力反向时，合力最小，其方向与较大的一个分力方向相同。合力的取值范围夹角越大