高中物理 5.1 力的合成课件2 鲁科版必修1.ppt

1 通过课本p80图5 3 回答以下问题 1 分析挂在墙上的画受几个力的作用 这几个力是共点力吗 提示 这幅画受三个力作用 重力g和绳子对这幅画的拉力f1 f2 拉力f1 f2的作用线交于一点a 重力g作用在这幅画的重心o上 但如果将重力反向延长 其作用线通过a点 所以这三个力是共点力 可用如图表示 2 共点力有何特点 提示 作用于物体的同一点或力的作用线交于一点 3 如果用一根绳将画挂在a点 那么这一根绳的作用效果与那两根绳的作用效果相同吗 两根绳的作用力能否用这一根绳的作用力来代替 这体现了一种什么思想方法 提示 两根细绳共同作用使画被挂起且静止 一根细绳单独作用也使画被挂起而静止 所以这一根绳的作用效果与那两根绳的作用效果完全相同 由于作用效果完全相同 所以两根绳的作用力可用这一根绳的作用力来代替 这体现了一种 等效替代 的思想方法 2 怎样计算同一直线上两个共点力f1 f2的合力 提示 当f1 f2两个力方向相同时 合力的大小等于两个分力之和 即f合 f1 f2 当f1 f2两个力方向相反时 合力的大小等于两个分力之差 即f合 f1 f2 合力方向与分力中数值大的那个力方向相同 3 某位同学想把作用在两个物体上的两个力合成为一个力 他的想法是否可行 提示 作用在不同物体上的两个力不能进行力的合成 因为它们只能对各自的物体产生力的效果 而不能产生共同的作用效果 因此不能用一个力的作用效果代替它们分别产生的效果 所以把作用在不同物体上的力合成是没有意义的 只有作用在同一物体上的力 无论力的性质如何 都可以合成 故该同学的想法不可行 可视为共点力的三种情况 1 几个力同时作用于同一点 即力的作用点相重合 2 同时作用在同一个物体上的几个力 虽然作用点不重合 但是几个力的作用线正向或反向延长能够相交于同一点 3 当一个物体可被视为质点时 作用在物体上的几个力就可以认为是共点力 总结 共点力的合成1 共点力的概念 同时作用于物体的同一点 或者它们的作用线相交于同一点的几个力 2 合力的概念 几个力共同作用所产生的效果可以用一个力来代替 这个力叫做那几个力的合力 3 力的合成 求几个力的合力叫力的合成 典例1 2011 衡水高一检测 两个力的合力与这两个力的关系 下列说法正确的是 a 合力与两个力作用效果相同b 合力与两个力在实际中是同时存在的c 合力与两个力的作用点不同d 对物体进行受力分析时 既要考虑这两个力 又要考虑合力 解答本题需要注意以下三点 1 两者的作用点是否相同 2 等效替代的含义 3 受力分析中应画什么力 思路点拨 规范解答 选a 合力与两个力是一种等效替代的关系 作用效果相同 作用点也必然相同 所以a正确c错误 合力与两个力不能同时存在 考虑合力就不再考虑这两个力 考虑这两个力就不能再考虑合力 故b d错误 变式备选 将日光灯管用两悬绳吊在天花板上 设两悬绳的拉力分别为f1 f2 其合力为f 则关于灯管受力的下列说法中正确的是 a 灯管只受f1和f2的作用b 灯管受f1 f2和f的共同作用c 灯管受f1 f2 f和重力的共同作用d 灯管受f1 f2和重力的共同作用 解析 选d 灯管受f1 f2和重力三个力的作用 f为f1 f2的合力 可以等效替代f1 f2共同作用的效果 但受力分析时不能同时分析 1 实验探究 做课本p82实验与探究 思考探究以下问题 1 我们通过实验来探究力的合成的规律 如何才能方便地研究两个分力的作用效果和一个力的作用效果是否相同 实验中 是如何保证f1 f2与合力f的作用效果是相同的 提示 力可以改变物体的运动状态 也可以使物体发生形变 只是用力改变物体的运动状态不如使物体发生形变容易控制 所以我们选择的是用力改变物体的形状这种方法来探究合力和两个分力的关系 实验中 两次将弹簧的结点b拉到同一个位置o处 即两次使橡皮筋的形变情况相同 我们就认为f1 f2与合力f的作用效果是相同的 2 实验中要记录哪些数据 在记录数据时木板水平放置与竖直放置时有何区别 如何把力直观形象地表示出来 提示 实验中要记录的数据有 o点的位置 弹簧测力计每次的示数 对应细绳的方向 木板竖直放置时 由于受测力计自身重力的影响 会使测力计的读数存在误差 所以应使木板水平放置 要想把力直观形象地表示出来需要同学们作出三个力的图示 3 看一下两只弹簧测力计的示数之和是不是等于一只弹簧测力计的示数 力的合成是不是简单的相加减 提示 一只弹簧测力计的读数不等于两只弹簧测力计的读数之和 而是比两只弹簧测力计读数之和小一些 可见力的合成并不是简单的相加减 4 猜想这两个力的合力可能与这两个力的什么因素有关 提示 因为力是矢量 两个力的合力不但与这两个力的大小有关 而且还与这两个力的方向有关 5 在数学上 要确定三条线段的关系 常常将它们归入到一个几何图形中去进行分析比较 据此请思考合力与那两个力间存在哪些关系 提示 表示那两个力的有向线段是平行四边形的两个邻边 表示合力的有向线段就是平行四边形中两个邻边之间的对角线 这就是合力和那两个力之间的关系 平行四边形定则 2 演示实验 利用平行四边形演示器演示两个力f1和f2大小一定时 夹角 在0 180 之间发生变化的情况 讨论当两个力f1与f2大小一定时 合力f与它们的夹角 有什么关系 合力与两个力的大小有何关系 提示 在两个力f1 f2大小不变的情况下 两个力的夹角越大 合力越小 在两个力夹角不变的情况下 两个力越大 合力越大 合力可以大于那两个共点力 合力也可以小于那两个共点力 合力也可以等于那两个共点力 3 思考讨论 如何求多个力的合力 提示 1 平行四边形定则法 当三个或更多的力同时作用在一个物体上时 先用平行四边形定则求出其中两个力的合力 然后再求出这个力与第三个力的合力 依次类推 直到把所有外力都合完为止 最后得到这些力的总合力 2 三角形定则法 把表示所有力的矢量依次首尾相接 从第一个力的始端向最后一个力的末端画出矢量 该矢量就是所有这些力的总合力 力的平行四边形定则实验的注意事项 1 实验前 要先检查弹簧测力计的指针是否在零刻度线上 如果不在零刻度线上 应把指针调到零 2 实验中注意尽可能不使测力计的弹簧 指针 拉杆与刻度面板或限位孔发生摩擦 3 同一次实验中 橡皮条拉长后的结点o的位置必须保持不变 4 画结点的位置和细线的方向也应尽量准确 用铅笔尖描出两个距离较大的点 5 在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变的条件下 应使拉力适当大些 画力的图示时 选恰当的标度 将力的合成图作的尽量大些 以减小实验中的误差 6 由于实验存在误差 由作图法得到的合力f和实际测量的力f 不可能完全吻合 只要在误差允许的范围内吻合即可 知识归纳 共点力合成的平行四边形定则1 定则的内容 以表示两个分力f1和f2的线段为邻边作平行四边形 那么 其合力f的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线来表示 2 适用的对象 一切矢量 如 力 位移 速度 加速度等 3 等效定则 三角形定则 4 合成规律 不在同一直线上的两个力 1 若两个力大小不变 夹角越大时 合力越小 夹角越小时 合力越大 2 若两个力夹角不变时 某个力变大 合力的变化可能有以下两种情况 若 90 合力一定变大 若 90 合力可能变大 也可能变小 还有可能先变小后变大 典例2力f1 4n 方向向东 f2 3n 方向向北 求这两个力的合力 规范解答 分别作出f1 f2的示意图 如图所示 作出平行四边形及其对角线 在直角三角形中 合力f与f2的夹角为 则所以答案 5n北偏东53 1 互成角度的两个共点力的合成方法 1 作图法 选定合适的标度 以f1 f2为两邻边作平行四边形 两邻边之间的对角线即为合力 根据标度用刻度尺量出合力的大小 用量角器量出合力与任意分力的夹角 来确定合力的方向 2 计算法 根据力的平行四边形定则作出力的合成示意图 然后用解三角形的知识求合力的大小和方向 在以上两种方法中经常用到的是计算法 方法总结 2 大小相等夹角 120 的两个分力 其合力大小等于分力大小 方向与两分力夹角 相等且 60 变式备选 如图所示 夹角 120 的两个力作用在同一物体上 两个力的大小f1 f2 20n 求这两个力的合力 解析 以f1 f2为邻边作平行四边形及f1 f2所夹的对角线 如图 由于f1 f2 故所作的平行四边形为菱形 则合力f与f2的夹角 60 所构成的两个三角形为等边三角形 所以合力f 20n 与f2的夹角为 60 典例3六个共点力的大小分别为f 2f 3f 4f 5f 6f 相邻两力间的夹角均为60 如图所示 试确定它们的合力的大小和方向 思路点拨 解答本题需要把握以下三点 1 明确六个共点力的特点 2 先将同一直线上的两个力合成 3 应用平行四边形定则合成大小相等 夹角为120 的两个力 最终求得合力 规范解答 本题若将六个共点力依次逐步合成 无论是计算法还是作图法 都相当繁琐 然而 仔细研究这六个共点力的特点 则不难发现其中的奥秘 同一直线上的两个力的合力均为3f 利用这一点将可大大简化求解过程 先将六个共点力中在同一直线上的力两两合成 结果如图所示 再根据平行四边形定则 将两侧的两个3f合成 它们的合力应与中间的3f重合 从而 最终可求得这六个力的合力为6f 与大小为5f的那个力同向 1 两个力的合力与这两个力的关系 下列说法中正确的是 a 合力比这两个力都大b 合力至少比两个力中较小的力要大c 合力可能比这两个力都小d 合力可能比这两个力都大 解析 选c d 两个力的合力大小与两个力的大小关系为 合力可以大于两个分力 可以小于两个分力 也可以等于两个分力 故c d正确 a b错误 复习巩固 2 2011 石家庄高一检测 在做 验证力的平行四边形定则 实验中采用的科学方法是 a 理想实验法b 等效替代法c 控制变量法d 建立物理模型法 解析 选b 本实验中 两个弹簧测力计的拉力可以把橡皮条的结点拉到o位置 只用一个弹簧测力计同样能把橡皮条的结点拉到同一位置o 两个弹簧测力计的拉力效果与一个弹簧测力计的拉力效果相同 两个弹簧测力计的拉力与一个弹簧测力计的拉力可以相互替代 因此本实验中采用的科学方法为等效替代法 3 2011 郑州高一检测 两个共点力f1与f2的合力大小为6n 则f1与f2的大小可能是 a f1 2n f2 9nb f1 4n f2 8nc f1 1n f2 8nd f1 2n f2 1n 解析 选b 两个共点力f1与f2的合力大小范围为 f1 f2 f f1 f2 a选项中7n f 11n b选项中4n f 12n c选项中7n f 9n d选项中1n f 3n 6n在其范围之内的只有b选项 故b正确 4 抬花轿是我国传统文化习俗之一 同样一个花轿可以双人抬 也可以四人抬 二者比较 下列说法正确的是 a 双人抬时支持力的合力比四人抬时支持力的合力大b 双人抬时支持力的合力比四人抬时支持力的合力小c 双人抬时支持力的合力与四人抬时支持力的合力一样大d 双人抬时其中一个人的支持力与四人抬时其中一个人的支持力一样大 解析 选c 双人抬时支持力的合力与四人抬时支持力的合力都等于花轿的重力 所以一样大 a b错 c对 双人抬时其中一个人的支持力大于四个人抬时其中一个人的支持力 d错 5 有两个力 它们的合力为零 现把其中一个向东的6n的力改为向南 大小不变 它们的合力大小 方向如何 解析 两个力合力为零 则这两个力一定是等大反向的 大小都为6n 其中一个力向东 则另一个力一定向西 当把其中一个向东的6n的力改为向南后 两力的关系如图所示 在直角三角形中 根据勾股定理可得合力 45 即方向西偏南45 一 选择题 本大题共6小题 每小题5分 共30分 1 关于两个大小不变的共点力与其合力的关系 下列说法正确的是 a 合力的大小随两力夹角的增大而增大b 当两个力的方向相同时 合力最小c 两个力的夹角小于180 时 合力的大小随夹角的减小而增大d 合力的大小不能小于两力中最小者 能力提升 解析 选c 两个大小不变的共点力 当两个力的夹角小于180 时 合力的大小随夹角的减小而增大 随夹角的增大而减小 a错误 c正确 当两个力的方向相同时 合力最大 b错误 合力大小可以大于两个力 可以小于两个力 也可以等于两个力 d错误 2 如图所示 f1 f2为两个分力 f为合力 则正确的合力矢量图为 解析 选a c 由平行四边形定则的内容可知 a正确 b错误 由三角形定则的内容可知 c正确 d选项中反映的是f1与f的合力等于f2 d错误 3 两个共点力f1 f2的大小不变 它们的合力f跟两力f1 f2之间的夹角 的关系如图所示 则两个力的大小可能为 a 3n4nb 3n5nc 2n6nd 1n7n 解析 选a 由图象可知 当 90 时 两个力f1 f2垂直 此时合力f 5n 则有即当 180 时 两个力f1 f2反向 此时合力f 1n 即 f1 f2 1n 由以上两式解得f1 4n f2 3n或f1 3n f2 4n 故正确答案为a 4 2011 深圳高一检测 有三个力 大小分别为13n 3n 29n 那么这三个力的合力最大值和最小值应该是 a 29n 3nb 45n 0nc 45n 13nd 29n 13n 解析 选c 当三个力同方向时 合力最大 为45n 任取其中两个力 如取13n 3n两个力 其合力范围为10n f 16n 29n不在该范围之内 故合力不能为零 当13n 3n的两个力同向 与29n的力反向时 合力最小 最小值为13n 故c正确 5 2011 马鞍山高一检测 图中三角形的三边各代表一个力 以下说法中正确的是 a 图 中三个力的合力为零b 图 中三个力的合力为2f3c 图 中三个力的合力为2f1d 图 中三个力的合力为2f2 解析 选c 在图 中f1 f2的合力为f3 所以三个力的合力为2f3 a错误 图 中f1 f3的合力为f2 所以三个力的合力为2f2 b错误 图 中f3 f2的合力为f1 所以三个力的合力为2f1 c正确 图 中f1 f2的合力为 f3 所以三个力的合力为零 d错误 6 2011 南岸区高一检测 在图中 ao bo co是三条完全相同的轻绳 并将铁棒水平吊起 若铁棒足够重时 绳ao先断 则 a 120 b 120 c 120 d 不论 为何值 ao总是先断 解析 选c 由于绳ao先断 说明绳ao上的弹力大于绳bo co上的弹力 根据平行四边形定则和三角形知识可得bo和co两绳上拉力的合力大小恰好等于ao上的拉力 则 当角为120 时 ao bo co三绳上的拉力相等 当角大于120 时ao绳上的拉力将小于bo co绳上的拉力 当角小于120 时 ao绳上的拉力将大于bo co绳上的拉力 故c正确 二 非选择题 本大题共2小题 共20分 要有必要的文字叙述和解题步骤 7 10分 2010 天津高考 在探究合力的方法时 先将橡皮条的一端固定在水平木板上 另一端系上带有绳套的两根细绳 实验时 需要两次拉伸橡皮条 一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条 另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条 1 实验对两次拉伸橡皮条的要求中 下列哪些说法是正确的 填字母代号 a 将橡皮条拉伸相同长度即可b 将橡皮条沿相同方向拉到相同长度c 将弹簧测力计都拉伸到相同刻度即可d 将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 2 同学们在操作过程中有如下议论 其中对减小实验误差有益的说法是 填字母代号 a 两细绳必须等长b 弹簧测力计 细绳 橡皮条都应与木板平行c 用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大d 拉橡皮条