高中物理 5.1 力的合成课件 鲁科版必修1.ppt

第1节力的合成 温故知新 1 某同学从学校先向东行走300m 然后又向南行走400m到了书店 那么该同学从学校到书店的位移是700m吗 用有向线段表示各段位移和总位移 并观察其特点 答案 不是 应是500m 如图所示 位移s1 s2 s构成矢量三角形 精彩回眸 2 你读过 天鹅 大虾和梭鱼 的故事吗 通过故事想一想几个较大的力作用在同一物体上时 合力 一定大吗 合力 的大小还应该和什么因素有关 答案 几个较大力的 合力 不一定大 合力的大小还与各力的方向有关 图5 1 1 1 共点力的合成 1 如果一个物体受到两个或更多力的作用 有些情况下这些力共同作用在 或者虽不作用在同一点 但它们的 交于同一点 这样的一组力叫做共点力 2 当一个物体受到几个力的共同作用时 我们常常可以求出这样一个力 这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果 这个力就叫做那几个力的 原来的几个力叫做这个力的 新知梳理 同一点上 延长线 相同 合力 分力 3 求几个力的 的过程或求合力的方法 叫做力的合成 2 共点力合成的平行四边形定则 1 平行四边形定则 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 和 这个法则叫做平行四边形定则 2 两个以上的力的合成方法先求出任意两个力的合力 再求出这个合力与第三个力的合力 直到把 都合成进去 最后得到的结果就是这些力的合力 大小 方向 合力 所有力 合作探究 合力与分力的关系 1 合力与分力的特性 1 等效性 合力与几个分力是等效替代关系 2 同时性 合成的各力是同时作用在同一物体上 当某个力发生变化时 其合力也随之变化 2 合力与分力的关系 特别提醒 两个共点力f1 f2合成时 若两力的大小不变 当两个力的夹角由0 180 之间逐渐变大时 其合力f将逐渐减小 1 关于两个力的合成 下列说法错误的是 a 两个力的合力一定大于每个分力b 两个力的合力可能小于较小的那个分力c 两个力的合力一定等于两个分力的和d 当两个力大小相等时 它们的合力可能等于分力大小 解析 设分力f1与分力f2的夹角为 根据力的平行四边形定则 合力f是以f1 f2为邻边的平行四边形所夹的对角线 如图所示 当 0 时 f f1 f2 当 180 时 f f1 f2 以上分别为合力f的最大值和最小值 当f1 f2且夹角 180 时 合力f 0 小于任何一个分力 当f1 f2 夹角 120 时 合力f f1 f2 故选a c 答案 ac 合力的大小与方向的确定方法 1 图解法 从力的作用点起 依两个分力的作用方向按同一标度作出两个分力f1 f2 并把f1 f2作为邻边作出平行四边形 这个平行四边形的对角线的长度按同一标度表示合力的大小 对角线的方向就是合力的方向 通常可以用量角器直接量出合力f与某一分力的夹角 图5 1 2 2 计算法 可以根据平行四边形法则作出示意图 然后由几何知识求解对角线 即为合力 以下为求合力的两种常见情况 图5 1 2 特别提醒 1 在同一个图上的各个力 必须采用同一标度 并且所选力的标度的比例要适当 2 作图法和计算法是矢量运算的通用法则 适用于任何矢量的运算 2 关于合力的下述说法中正确的是 a 合力的性质与原来分力性质相同b 合力与原来的分力间的关系是等效替代关系c 合力总比分力大d 合力总比一个分力大 比另一个分力小 解析 在力的合成中 合力并不是一个真实存在的力 找不到合力的施力物体 合力与分力的概念是建立在效果相同即所谓的等效的基础上的 因此 合力也就没有性质的问题 合力这个 合 字的意义不是代数中的 和 合力f既可以大于 也可以等于或小于原来的任意一个分力 一般地 f1 f2 f f1 f2 答案 b 验证平行四边形定则 1 实验原理如果某个力f 的作用效果跟f1与f2的共同作用效果相同 都是使橡皮条伸长到同一点 那么f 为f1和f2的合力 作出f 的图示 再根据平行四边形定则作出f1和f2的合力f的图示 比较f f 分析在实验误差允许的范围内是否大小相等 方向相同 2 实验目的 1 验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则 2 通过验证力的平行四边形定则 培养用图象法处理实验数据并得出结论的能力 3 实验器材方木板一块 白纸 弹簧秤两个 橡皮条 细绳和细绳套各两个 三角板 刻度尺 图钉几个 铅笔 4 实验步骤 1 在实验桌上平放一块方木板 然后在方木板上铺一张白纸 注意白纸的固定位置 如图5 1 4所示 用图钉把白纸固定在方木板上 图5 1 4 2 用图钉把橡皮条的一端固定在板上的a点 在橡皮条的另一端系上两条细绳 两条细绳的另一端各系着绳套 3 用两个弹簧秤分别钩住绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达某一位置o 4 用铅笔记下o点的位置和两条细绳的方向 读出并记录两个弹簧秤的示数 5 用铅笔和刻度尺在白纸上从o点沿着两条细绳的方向画直线 按照一定的标度作出两个力f1和f2的图示 用平行四边形定则求出合力f 6 只用一个弹簧秤 通过细绳把橡皮条的结点拉到同样位置o 读出并记录弹簧秤的示数 记下细绳的方向 按同一标度作出这个力f 的图示 7 比较力f 与合力f的大小和方向 看它们在实验误差允许的范围内是否大小相等 方向相同 8 改变两个分力f1和f2的大小和夹角 再做两次实验 5 注意事项 1 实验过程中在使用弹簧秤的时候 要注意使弹簧秤与木板平面平行 2 选用的橡皮条应富有弹性 能发生弹性形变 同一次实验中 橡皮条拉长后的结点的位置必须保持不变 3 在满足合力不超过弹簧秤的量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下 应该使拉力尽量大一些 以减小实验中的误差 4 画力的图示时 应选定恰当的单位长度作为标度 作力的合成图时 应尽量将图画得大一些 但也不要太大而画出纸外 要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力 5 由作图法得到的f和实际测量得到的f 不可能完全符合 只要在误差允许的范围内符合即可 6 误差分析本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外 还有读数误差 作图误差 读数时眼睛一定要正视刻度 要按有效数字正确读数和记录 两个分力f1 f2间夹角 越大 用平行四边形定则作图得出的合力f的误差 f也越大 所以实验中不要把 取得太大 同时夹角也不能太小 3 关于如图5 1 5所示 互成角度的两个力的合成 这个实验的下列认识中 正确的是 图5 1 5 a 合力的作用效果应当与两个分力共同作用的效果相同b 本实验中的力的作用效果就是把皮筋拉长到o点 因为f1和f2一起作用的效果和f 单独作用效果相同 所以f 是f1和f2的合力c f f1 f2都是线对皮筋的拉力d f f1 f2都是弹簧测力计对线的拉力e f1和f2为邻边的平行四边形的对角线f 应当与f 在误差允许范围内大小相等 方向相同 解析 此实验的实验原理是两个弹簧测力计产生的效果 使橡皮筋结点到达某一位置o点 与只用一个弹簧测力计产生的效果相同 这个力就是那两个力的合力 为验证平行四边形定则 需用橡皮条的伸长表明力的等效性 f1 f2 f 是线对橡皮筋的拉力 若以f1 f2为邻边作出的平行四边形的对角线f与单独使用弹簧测力计测出的f 在误差范围内大小相等 方向相同 则就验证了力的平行四边形定则 答案 abce 典例精析 多个力的合成 典例1 如图5 1 6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 图5 1 6 图5 1 7 思路分析 先将同一直线上的力合成是解答本题的一个技巧 解析 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 如图5 1 7所示 其中上下两个3f间的夹角为120 故合力仍为3f 方向与第三个3f的方向相同 故总的合力大小为6f 方向沿分力5f的方向 答案 合力大小为6f 方向沿分力5f的方向 反思领悟 多个力的合成 一般用作图法和计算法分析 其中 将合力巧妙分组是解题的关键 一个物体受三个共点力的作用 它们的大小分别为f1 7n f2 8n f3 9n 求它们的合力的取值范围 解析 因三个共点力的大小已知 方向未知 所以三力方向相同时 合力最大fmax f1 f2 f3 24n 而三个力的合力最小值 可以通过先求两个力的合力范围再进行判断 由于1n f12 15n 而f3在此范围内 即当f12 9n 方向与f3反向时 这三个力的合力最小 所以三个力合力的最小值fmin 0 答案 0 f 24n 验证力的平行四边形定则 典例2 某同学在做验证力的平行四边形定则实验时 主要步骤是 a 在桌上放一块方木板 在其上铺一张白纸 用图钉把白纸钉在方木板上 b 用图钉把橡皮条的一端固定在板上的a点 在橡皮条的另一端拴上两条细绳 细绳的另一端系着绳套 c 用两个弹簧秤分别钩住绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条拉长 结点到达某一位置o 记下o点的位置 读出两个弹簧秤的示数 d 按选好的标度 用铅笔和刻度尺作出两个弹簧秤的拉力f1和f2的图示 并用平行四边形定则作出合力f的图示 e 只用一个弹簧秤 通过细绳套拉橡皮条使其伸长 读出弹簧秤的示数 记下细绳的方向 按同一标度作出这个力f 的图示 f 比较力f 和f的大小和方向 看它们是否相同 得出结论 上述步骤中 1 有重要遗漏的步骤的序号是 和 2 遗漏的内容分别是 思路分析 解答本题的关键是掌握实验的过程及注意事项 解析 实验中 首先用两个弹簧秤拉橡皮条到某个位置 利用平行四边形定则作出两个分力的合力f的图示 然后再用一个弹簧秤拉橡皮条到同样的位置 作出该力f 的图示 最后比较f 和f是否在误差范围内相等 可见 不仅要记下弹簧秤的示数 还要记下细线拉力的方向 而且两次拉橡皮筋时 结点须到达同一位置 以保证两个力的共同作用效果与第一个力单独作用效果相同 答案 1 ce 2 c中未记下两条细绳的方向 e中未说明是否把橡皮条的结点拉到了o点位置 反思领悟 实验问题的处理方法常常是根据实验原理的要求来考虑的 只要懂得实验原理 处理问题就不难了 用水平木板 细绳套 橡皮条 测力计等做 验证力的平行四边形定则 的实验 为了使实验能够顺利进行 且尽量减小误差 你认为下列说法或做法能够达到上述目的的是 a 使用弹簧测力计前应将测力计水平放置 然后检查并矫正零点b 用弹簧测力计拉细绳套时 拉力应沿弹簧的轴线 且与水平木板平行c 两细绳套必须等长d 用弹簧测力计拉细绳套时 拉力应适当大些 但不能超过量程 e 同一次实验中两次拉细绳套 必须使结点到达同一位置解析 本实验的误差来源主要有弹簧测力计本身的误差 读数误差 作图误差等 弹簧测力计使用前要检查指针是否指在零刻度线上 否则应校正零位 使用时拉力应沿弹簧的轴线 且与水平木板平行 所以选项a b正确 两细绳只记录作用力的方向 两绳不必等长 选项c错误 应尽可能增大拉力 便于读数和减小作图误差 选项d正确 同一次实验中两次拉细绳套必须使结点到达同一位置 只有这样才能保证作用效果相同 选项e正确 答案 abde 力的等效替代法力的等效替代是指合力的作用效果与分力的共同作用效果相同 可以互相代替 需注意的是不要认为物体同时受到了分力和合力的作用 因此在受力分析时 合力与分力不能同时出现 创新拓展 典例3 如图5 1 8所示 质量为2 5kg的物体静止在倾角为 的斜面上 则斜面对物体的作用力是多大 方