新教材高中物理第三章相互作用__力4力的合成和分解课件新人教版必修第一册

1、第三章 相互作用力学习目标1.通过生活体验,认识共点力、合力和分力,会描述合力和分力的概念,知道力的合成是求几个力的合力的过程,知道力的分解是求某个力的分力的过程,体会等效替代思想.2.通过实验理解矢量合成和分解时遵从平行四边形定则,知道合力和分力的关系,会用作图法和计算法求两个力的合力或某个力的分力,进一步理解矢量和标量的区别.4力的合成和分解知识点一 合力和分力答案:作用效果相同,可以等效替代.1.一个大人能够提起一桶水,两个小孩一起用力也可以提起这桶水,那么大人与小孩施加的力所达到的效果是否相同?可以用一个大人的力替换两个小孩的作用力吗?2.阅读教材第68页,请区分这个大人的力和那两个小

2、孩的力谁是合力?谁是分力?答案:大人的力叫合力,两个小孩的力叫分力.3.共点力:几个力如果都作用在物体的 ,或者它们的 相交于一点,这几个力叫作共点力.4.合力和分力:假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果 ,这个力就叫作那几个力的 ;假设几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同,这几个力就叫作那个力的 .同一点作用线相同合力分力知识点二力的合成和分解1.如图所示,两个人反向拉或同向推拉小车,小车都向右运动.如果拉或推的方向在同一条直线上,如何求两人的合力?答案: 两个力同向时,合力的大小等于这两个力的数值之和;两个力反向时,合力的大小等于这两个力的数值之差,方向与较大的力同向

3、.2.图中两人同拉一辆车,如果每人都用100 N的力拉车,车受到的拉力是200 N吗?答案:车受到的拉力不一定是200 N.3.力的合成和分解:求几个力的 的过程叫作力的合成;求一个力的 的过程叫作力的分解.4.平行四边形定则:求两个力合成,如果以表示这两个力的有向线段为 作平行四边形,这两个邻边之间的 .就代表合力的 和 .5.将某个力分解时,以表示这个力的有向线段为 作平行四边形,与这条对角线共点的两个邻边表示两个分力的 和 ,力的分解也遵从平行四边形定则.合力分力邻边对角线大小方向对角线大小方向知识点三矢量和标量1.阅读教材第7071页,思考“有方向的物理量一定是矢量,没有方向的物理量一

4、定是标量”的说法正确吗?为什么?答案:不正确.标量与矢量的根本区别在于运算法则的不同,而不是有无方向.标量有时候也有方向,但这个方向与矢量的方向的本质不同.如电流有方向,但求和时用算术法则,所以电流是标量.2.矢量和标量:既有 又有 ,相加时遵从 .定则的物理量叫作矢量;只有 ,没有 ,相加时遵从 法则的物理量叫作标量.大小方向平行四边形大小方向算术小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的在括号内打“”,错误的打“”).1.作用在物体上同一点的力才是共点力.( )2.合力和分力都作用在物体上,受力分析时都要分析.( )3.合力一定大于分力.( )4.平行四边形定则也适用于多个共点力求合力

5、.( )5.一个力只能分解为两个分力.( )探究一合力和分力问题情境观察三个图中的作用力.甲乙丙1.找出它们的区别并总结什么是共点力.答案:甲图中,三个力共同作用在物体同一点上;乙图中,三个力虽然不作用在同一点上,但它们的作用线交于一点;丙图中的力既没有作用在同一点上,它们的作用线也不交于一点.几个力如果都作用在物体的同一点,或者它们的作用线相交于一点,这几个力叫作共点力.2.在图乙中,两个人共同用力将一个牌匾拉上墙头.第三个人也可以单独将该牌匾拉上墙头.第三个人的力与两个人共同作用的力有什么关系?该牌匾是不是同时受这三个人的力的作用?答案:第三个人的力与前面两个人共同作用的力的效果相同;两个

6、人共同作用的力可以看成第三个人的力的分力,第三个人的力等于前面两个人共同作用的力的合力.不是.过程建构合力和分力的关系.(1)等效性:合力的作用效果与分力共同作用的效果相同,它们在效果上可以相互替代 .(2)同体性:各个分力是作用在同一物体上的,分力与合力的受力物体为同一物体,作用在不同物体上的力不能求合力.(3)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.【典例1】(多选)关于分力和合力,下列说法正确的是( )A.合力和分力同时作用在同一物体上B.分力作用于物体上共同产生的效果与合力单独作用时产生的效果是相同的C.各个分力一定是同一性质的力才可以进行合成D.各

7、个分力必须是同一个物体同一时刻受到的力解析:本题考查合力和分力的关系,准确理解合力和分力的关系是解题的关键.合力是各个分力的等效替代,作用效果相同,合力和分力并不同时作用于物体上,选项A错误,选项B正确;各个分力可以是不同性质的力,也可以是同一性质的力,选项C错误;各个分力必须是同一时刻同一物体受到的力,选项D正确.答案:BD探究二力的合成和分解问题情境如图甲所示,把物块挂在一个弹簧测力计的下面,稳定时弹簧测力计的示数为F=5 N;如图乙所示,用两个弹簧测力计相互垂直拉住同一物块,稳定时弹簧测力计示数分别为F1=3 N、F2=4 N.甲乙1.F与F1、F2的作用效果有什么关系?F与F1、F2的

8、大小和方向满足什么关系?答案: F的作用效果与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的有向线段为邻边作一平行四边形,则F1、F2之间的对角线与F大小相等,方向相同.2.如果改变两个弹簧测力计的拉力方向,弹簧测力计的示数也发生变化,但以表示F1、F2的有向线段为邻边作出的平行四边形的对角线却不变,如图所示.你能据此总结出互成角度的两个力合成时遵循什么规律吗?答案:互成角度的两个力合成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就表示这两个力的合力.3.如图所示,斜面的倾角为,固定在直角木支架上,将一用橡皮条拉着的重力为G的小车放在该斜

9、面上.如果没有条件限制,有办法求出重力的分力吗?请试着沿斜面方向和垂直于斜面方向将重力分解并表示出两个分力的大小.答案:如果没有限制,对于同一条对角线,可以作出无数个不同的平行四边形.也就是说,如果没有条件限制,小车的重力可以分解为无数组大小、方向不同的力.沿斜面方向和垂直于斜面方向将重力分解如图所示.两个分力大小为Gx=Gsin ,Gy=Gcos .过程建构1.求合力的方法.(1)作图法:作图法就是根据平行四边形定则作出标准的平行四边形,然后根据图形用测量工具确定出合力的大小、方向.(2)计算法:先作出力的合成的示意图,然后运用数学知识,如解直角三角形,正、余弦定理等,进行计算.2.合力的大

10、小范围.由平行四边形定则可知,F1、F2的夹角变化时,F的大小和方向也发生变化.(1)两分力同向时,合力最大,Fmax=F1+F2.(2)两分力反向时,合力最小,Fmin= |F1-F2|,其方向与较大的一个分力相同.(3)不共线的两个力的合力满足三角形的三边关系,即|F1-F2|F合F1+F2.综上所述,两个共点力的合力的取值范围是|F1-F2|FF1+F2.【典例2】人们常在电线杆的两侧设置钢丝绳,把电线杆固定在地上,如图所示.如果钢丝绳与地面的夹角均为60,每条钢丝绳的拉力都是300 N,求两根钢丝绳作用在电线杆上的合力.解析:本题考查力的合成,熟练掌握作图法和计算法是解题的关键.(1)

11、作图法.自O点沿钢丝绳引两条有向线段OC和OD,夹角为60,设定每单位长度表示100 N,则OC和OD的长度都是3个单位长度,作出平行四边形OCED,其对角线OE就表示两个拉力的合力F,如图甲所示,量得OE长为5.2个单位长度,所以合力F=1005.2 N=520 N.用量角器量得COE=DOE=30,所以合力方向竖直向下.甲(2)计算法.先画出力的平行四边形,如图乙所示.乙由于OC=OD,所以得到的平行四边形是菱形,连接CD、OE,两对角线垂直且平分,COO=30,在OCO中,答案:520 N,方向竖直向下求两个力的合力的方法探究三矢量和标量问题情境我们学习了位移,知道位移是矢量,既有大小,

12、又有方向.试讨论以下问题.1.我们规定电路中正电荷定向移动的方向为电流的方向,那么,电流是矢量还是标量?为什么?答案:标量.既有大小又有方向,相加时遵从平行四边形定则的物理量是矢量;只有大小,没有方向,相加时遵从算术运算法则的物理量是标量.电流的运算遵从算术运算法则,所以电流是标量.2.当物体做直线运动时,规定正方向后,我们可以用正负表示速度的方向,速度的正负与温度的正负含义相同吗?答案:二者的含义不同.速度的正负表示速度方向,温度的正负表示温度比零摄氏度高还是低.3.举例说明已经学过的物理量中哪些是矢量,哪些是标量.它们的运算法则有什么不同?答案:已经学过的物理量如力、位移、速度、加速度等是

13、矢量;时间、路程、质量、温度等是标量.矢量和标量的本质区别在于它们的运算法则不同,矢量按照平行四边形定则运算,标量按照算术法则运算.过程建构矢量的运算法则平行四边形定则.如图所示,平行四边形的两个邻边表示两个分矢量x1和x2,它们所夹的对角线表示合矢量x.线段的长度表示矢量的大小,箭头指向表示矢量的方向.【典例3】一个物体受到大小相等的两个拉力作用,每个拉力都是100 N,这两个力的夹角为90,求这两个力的合力.学会审题解析:由于两个力大小相等,夹角为90,故作出的平行四边形为正方形,如图所示.答案:141.4 N,方向与F1夹角为45课堂评价1.(2021广东卷)唐代耒耜经记载了曲辕犁相对直

14、辕犁的优势之一是起土省力.设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁,F与竖直方向的夹角分别为和,如图所示.忽略耕索质量,耕地过程中,下列说法正确的是( )A.耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大B.耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大C.曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力D.直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力答案:B2.如图所示,石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块,侧面与竖直方向的夹角为,重力加速度为g,若接触面间的摩擦力忽略不计,则石块侧面所受弹力的大小为( )答案:A3.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拴在一棵大树上,

15、开始时汽车与大树相距12 m,然后在绳的中点用400 N的力F沿垂直绳的方向拉绳,结果中点O被拉过60 cm,如图所示,假设绳子的伸长不计,则汽车受到的拉力为( )A.200 N B.400 NC.2 000 N D.800 N答案:C解析:对中点O进行受力分析,根据力的平行四边形定则及三角形知识求解.如图所示.学科素养培优科学方法等效替代法的应用等效替代法是通过把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理现象、物理过程来研究和处理的一种科学思想方法.它是物理学研究的一种重要方法.在学习过程中,若将此法渗透到对物理过程的分析中,不仅可以使我们对物理问题的分析和解答变得简捷,而且对灵活运用知识,促

16、使知识、技能的迁移,都会有很大的帮助.在中学物理中,平均速度、重心、合力与分力、等效电路等,都是根据等效概念引入的.“等效”并非指事物各个方面的效果都相同,而是强调某一方面的效果,因此一定要明确不同事物在什么条件、什么范围、什么方面等效,通常可以考虑对下列因素进行等效替代:研究对象、物理模型、物理状态、物理过程、物理作用等.力的等效如图所示,三个共点力F1、F2与F3作用在同一个质点上,其中,F1与F2共线且反向,F3与F1垂直,F1=6 N,F2=2 N,F3=3 N,怎么快速得到质点所受的合力大小呢?【典例1】分别表示F1、F2、F3、 F4、F5五个力的有向线段构成的几何图形如图所示,已知F5=5 N,方向水平向左.则可以等效替代这五个力的力为( )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:根据矢量合成的法则可知,F1和F2的合力与F5等大且反向,F3和F4的合力与F5等大且反向,则这五个力的合力大小等于5 N,方向与F5相反,选项B正确.答案:B【典例2】一质点受到的六个共