粤教版必修一 第三章 第四节　力的合成与分解 课件（58张）.pptx

第四节力的合成与分解 第三章研究物体间的相互作用 学习目标 1 熟练掌握力的合成与分解所遵循的平行四边形定则 2 会用作图法和计算法进行合力与分力的计算 3 能够在实际问题中按照力的实际作用效果进行力的合成与分解 4 能运用力的正交分解法求解问题 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 物理生活与建模逆风频借力扬帆逍遥行 物理生活与建模你也可以成为 大力水手 自主预习 一 力的平行四边形定则1 定义 如果用表示两个共点力的线段为邻边作一个平行四边形 则这两个邻边之间的就表示合力的大小和方向 2 理解 在平行四边形中 两条邻边表示力的大小和方向 这两条邻边所夹的对角线表示力的大小和方向 二 合力的计算物体受到的两个力的作用 根据 可以求出这两个力的合力 对角线 分 合 力的平行四边形定则 三 分力的计算1 分力的计算就是合力运算的运算 2 分解的多解性 如果没有限制 同一个力可分解为对大小和方向都不同的分力 3 分解的实效性 在进行力的分解时 一般先根据力的来确定分力的方向 再根据平行四边形定则来计算分力的大小 逆 无数 作用效果 答案 即学即用 判断下列说法的正误 1 合力总比分力大 2 一个力f分解为两个力f1 f2 则f1 f2共同作用的效果与f相同 3 当两个力的大小不变时 它们的合力大小也不变 4 力的合成遵循平行四边形定则 而力的分解不遵循平行四边形定则 重点探究 一 合力与分力的关系 导学探究 1 假设两个学生用大小均为100n的力一起拎起一桶水 则两个学生对水桶的合力一定是200n吗 答案不一定 当两个学生所施加的拉力成一夹角时 这两个拉力的合力小于200n 2 要想省力 两个学生拉力间的夹角应大些还是小些 为什么 答案夹角应小些 提水时两个学生对水桶拉力的合力大小等于一桶水所受的重力 合力不变时 两分力的大小会随着两个分力之间夹角的减小而减小 因此夹角越小越省力 答案 知识深化 合力与分力的关系两分力大小不变时 合力f随两分力夹角 的增大而减小 随 的减小而增大 1 两分力同向 0 时 合力最大 f f1 f2 合力与分力同向 2 两分力反向 180 时 合力最小 f f1 f2 合力的方向与较大的一个分力的方向相同 3 合力的取值范围 f1 f2 f f1 f2 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1两个力f1和f2间的夹角为 两个力的合力为f 以下说法正确的是a 若f1和f2大小不变 角越小 合力f就越小b 合力f可能比任何一个分力都小c 合力f总比任何一个分力都大d 如果夹角 不变 f1大小不变 只要f2增大 合力f就必然增大 答案 解析 解析若f1和f2大小不变 角越小 合力f越大 故a错误 由力的合成方法可知 两个力合力的范围为 f1 f2 f f1 f2 所以合力有可能大于任一分力 也可能小于任一分力 还可能与两个分力都相等 故b正确 c错误 如果夹角 不变 f1大小不变 f2增大 合力可能增大 可能减小 如图所示 故d错误 二 合力的计算方法 1 作图法 如图1所示 图1 2 计算法 1 两分力共线时 若f1 f2两力同向 则合力f f1 f2 方向与两力同向 若f1 f2两力反向 则合力f f1 f2 方向与两力中较大的力同向 2 两分力不共线时 可以根据平行四边形定则作出力的示意图 然后由几何关系求解对角线 其长度即为合力大小 以下为两种特殊情况 图2 两个等大的力的合成 平行四边形为菱形 利用其对角线互相垂直平分的特点可解得f合 2fcos 如图3所示 图3图4 若2 120 则合力大小等于分力大小 如图4所示 例2杨浦大桥是继南浦大桥之后又一座跨越黄浦江的我国自行设计建造的双塔双索面迭合梁斜拉桥 如图5所示 挺拔高耸的208米主塔似一把利剑直刺苍穹 塔的两侧32对钢索连接主梁 呈扇面展开 如巨型琴弦 正弹奏着巨龙腾飞的奏鸣曲 假设斜拉桥中某对钢索与竖直方向的夹角都是30 每根钢索中的拉力都是3 104n 那么它们对塔柱形成的合力有多大 方向如何 答案 图5 答案5 2 104n方向竖直向下 解析 解析把两根钢索的拉力看成沿钢索方向的两个分力 以它们为邻边画出一个平行四边形 其对角线就表示它们的合力 由对称性可知 合力方向一定沿塔柱竖直向下 下面用两种方法计算这个合力的大小 方法一 作图法 如图甲所示 自o点引两根有向线段oa和ob 它们跟竖直方向的夹角都为30 取单位长度为1 104n 则oa和ob的长度都是3个单位长度 量得对角线oc长为5 2个单位长度 所以合力的大小为f 5 2 1 104n 5 2 104n 1 作图法求合力时 各个力的图示必须采用同一标度 并且所选力的标度的比例要适当 2 平行四边形定则是矢量运算的通用法则 适用于任何矢量的运算 三 力的分解的原则与方法 导学探究 如图6所示 人拉着旅行箱前进 拉力f与水平方向成 角 1 拉力产生了什么效果 按力的作用效果分解力 则拉力的两分力大小分别为多少 图6 答案拉力产生两个效果 向前拉箱 向上提箱 力的分解图如图所示 f1 fcos f2 fsin 答案 答案 2 若以物体 可以看成质点 为原点 沿水平向右为x轴 竖直向上为y轴建立坐标轴 拉力f在x轴 y轴方向的分力分别为多大 答案如图所示 f1 fcos f2 fsin 知识深化 力的分解的方法1 按力的效果进行分解 1 先根据力的实际作用效果确定两个分力的方向 2 再根据两个分力的方向画出平行四边形 3 根据力的平行四边形定则和所学的数学知识求出两分力的大小和方向 2 正交分解法 1 定义 把力沿着两个选定的相互垂直的方向分解的方法 2 正交分解法求合力的步骤 建立坐标系 以共点力的作用点为坐标原点 直角坐标系x轴和y轴的选择应使尽量多的力在坐标轴上 正交分解各力 将每一个不在坐标轴上的力分解到x轴和y轴上 并求出各分力的大小 如图7所示 分别求出x轴 y轴上各分力的矢量和 即 fx f1x f2x fy f1y f2y 图7 答案 解析 例3如图8所示 光滑斜面的倾角为 有两个相同的小球 小球所受重力均为g 分别用光滑挡板a b挡住 挡板a沿竖直方向 挡板b垂直于斜面 则球1对挡板的压力f1 对斜面的压力f2 球2对挡板的压力f3 对斜面的压力f4 图8 gtan gsin gcos 解析球1所受的重力有两个作用效果 第一 使小球欲沿水平方向推开挡板 第二 使小球压紧斜面 因此 力的分解如图甲所示 由此得两个分力的大小分别为 球2所受重力g有两个作用效果 第一 使小球垂直挤压挡板 第二 使小球压紧斜面 因此力的分解如图乙所示 由此可得两个分力的大小分别为f3 gsin f4 gcos 按实际效果分解的几个实例 答案 解析 例4在同一平面内共点的四个力f1 f2 f3 f4的大小依次为19n 40n 30n和15n 方向如图9所示 求它们的合力 sin37 0 6 cos37 0 8 图9 答案38 2n 方向与f1的夹角为45 斜向右上 解析本题若直接运用平行四边形定则求解 需解多个斜三角形 需多次确定各个力的合力的大小和方向 计算过程十分复杂 为此 可采用力的正交分解法求解此题 如图甲 建立直角坐标系 把各个力分解到这两个坐标轴上 并求出x轴和y轴上的合力fx和fy 有fx f1 f2cos37 f3cos37 27n fy f2sin37 f3sin37 f4 27n 因此 如图乙所示 合力 即合力的大小约为38 2n 方向与f1的夹角为45 斜向右上 1 坐标轴的选取原则 坐标轴的选取是任意的 为使问题简化 建立坐标系时坐标轴的选取一般有以下两个原则 1 使尽量多的力处在坐标轴上 2 尽量使某一轴上各分力的合力为零 2 正交分解法的适用情况 适用于计算物体受三个或三个以上共点力的合力情况 达标检测 1 2 3 答案 解析 4 1 合力大小范围 两个共点力的大小分别为f1 15n f2 8n 它们的合力大小不可能等于a 9nb 25nc 8nd 21n解析f1 f2的合力范围是 f1 f2 f f1 f2 故7n f 23n 不在此范围的是25n 应选择b项 2 按效果分解力 为了行车方便与安全 高大的桥要造很长的引桥 其主要目的是a 减小过桥车辆受到的摩擦力b 减小过桥车辆的重力c 减小过桥车辆对引桥面的压力d 减小过桥车辆的重力在平行于引桥面向下方向上的分力 答案 解析 1 2 3 4 1 2 3 4 解析如图所示 重力g产生的效果是使物体下滑的分力f1和使物体压斜面的分力f2 则f1 gsin f2 gcos 倾角 减小 f1减小 f2增大 高大的桥造很长的引桥主要目的是减小桥面的坡度 即减小过桥车辆的重力在平行于引桥面向下方向上的分力 使行车安全 d正确 3 两个力的合成 物体只受两个力f1和f2的作用 f1 30n 方向水平向左 f2 40n 方向竖直向下 求这两个力的合力f sin53 0 8 cos53 0 6 答案50n 方向与f1的夹角成53 角斜向左下方 答案 解析 1 2 3 4 1 2 3 4 解析解法一作图法设每单位长度表示10n 则分别取3个单位长度 4个单位长度 自o点引两条有向线段of1和of2分别表示力f1 f2 以of1和of2为两个邻边作平行四边形如图所示 则对角线of就是所求的合力f 量出对角线的长度为5个单位长度 则合力的大小f 5 10n 50n 用量角器量出合力f与分力f1的夹角 为53 方向斜向左下 1 2 3 4 解法二计算法实际上是先运用数学知识 再回到物理情景中 在如图所示的平行四边形中 off1为直角三角形 根据直角三角形的几何关系 可以求得斜边of的长度和of与of1间的夹角 将其转化为物理问题 就可以求出合力f的大小和方向 则f 50n tan 为53 合力f与f1的夹角为53 方向斜向左下方 4 力的正交分解法 如图10所示 水平地面上的物体重g 100n 受到与水平方向成37 角的拉力f 60n 支持力fn 64n 摩擦力f 16n 求物体所受的合力及物体与地面间的动摩擦因数 sin37 0 6 cos37 0 8 1 2 3 4 答案 解析 图10 答案32n 方向水平向右0 25 1 2 3 4 解析对四个共点力进行正交分解 如图所示 则x方向的合力 fx fcos37 f 60 0 8n 16n 32ny方向的合力 fy fsin37 fn g 60 0 6n 64n 100n 0所以合力大小f合 fx 32n 方向水平向右 逆风频借力扬帆逍遥行 一路顺风 是我们对每一个远航人的祝福 但是你知道吗 一路顺风固然好 逆风亦可借风行 据史料记载 我国在战国时期就已经掌握了 船使八面风 逆风行船的技术 为了说明逆风行船的奥秘 我们不妨做一个实验 取一个5 10cm的实验小车 在小车上表面沿对角线用胶带纸固定一张12 25cm的硬纸板 做成一只小 帆船 然后把帆船放在光滑的玻璃板上 如图11所示 如果用电吹风机向西北吹气 会发现 帆船 向东行驶 这是什么道理呢 我们可以用力的合成和分解的知识加以解释 如图12 当风斜着吹到帆上时 会对帆施加一个垂直于帆面的压力f f的方向与运动方向间的夹角小于90 它会产生两个分力f1和f2 其中f1垂直于船轴 龙骨 会被水以很大的横向阻力平衡 f2可作为使船前进的动力 这样 船即可顶着逆风 侧向前进了 图11 图12 知道了逆风行船的奥秘 下面我们来分析逆风行船时张帆的方位和船实际经过的航线 如图13所示 当风从正东方吹来 而船却要驶向东北方向 下图三种情况中 哪种情况帆的方位是正确的 pq表示帆的方位 俯视 图13 风对船的作用力如图14所示 图14 从图中可以看出 a图中风对帆的压力与航向 船头指向 间的夹角 90 风力为阻力 所以a中帆的方位是正确的 仔细观察a图不难发现 帆的位置处于航向和风向 实际上是风向的反方向 的夹角 之间 如果船在航行时遇到的是当头逆风 比如 船沿着南北向的河道向北航行 而刮的又是正北风 当头风 还能不能借助风力呢 答案是可以的 聪明的舵手会调整船头的指向 变当头风为侧斜风 同样可以借风行 这样做 船的实际航线为 之 字形 如图15所示 图15 你也可以成为 大力水手 我是大力水手 我喜欢吃菠菜 因此我力大无比 相信每个看过动画片 大力水手 的孩子 都对大力水手的力大无穷生出过无限的向往 其实 借助于物理知识的帮助 你也可以成为大力水手 1 纤指断琴弦在一些影视作品中 有一些这样的镜头 弹琴者撮 拨 挑 弹 琴音悠扬 或沉静优美如歌如泣 或肃杀悲怆似涛声阵阵 婉转处如行云流水 激越处可七弦寸断 这时我们会惊诧于弹琴者的 内力 凝聚之深 贯于指尖爆发的力量之大 演奏者的内力真的如此深厚吗 典题1取一根棉线 正中间系一个物体 线稍长一些 物体稍重一些效果更好 以两线并拢或夹角较小时线不断为宜 手持线的两端向外移动 逐渐增大两线间的夹角 到一定程度线断了 试说明其中的物理道理 答案见解析 答案 解析 解析设两线的拉力分别为f1 f2 f1和f2间的夹角为2 作出力的分解的平行四边形如图所示 f1 f2为f的两个分力 由直角三角形知识知f 2f1cos 又f mg 由 知 随着 的增大 每根线上的拉力将增大 当线上的拉力增大到超过线能承受的最大拉力时 线就断了 点评 对线施加一个较小的横向拉力 大小等于物体的重力 就能够沿线形成较大的拉力 懂得了力的分解的知识 你明白纤指断弦的道理了吧 答案 解析 2 你可以拖动汽车一辆汽车陷入泥坑中 如果你是驾驶员 并且就你一个人 你能想办法把汽车拖出泥坑吗 典题2为了把陷在泥坑里的汽车拉出来 司机用一条结实的绳子把汽车