3.4 合力与分力-【新教材精创】2020-2021学年高一物理知识讲学卓越讲义（新教材人教版必修第一册）

2020-2021学年高一物理卓越同步讲义（新教材人教A版必修第一册） 第三章 相互作用--力 第4节　合力与分力 一、知识点归纳 知识点一 合力与分力 1．合力与分力的“三性” 2．合力与分力的大小关系 两个力 共线 (1)最大值：当两个力同向时，合力F最大，Fmax＝F1＋F2，合力与分力方向相同 (2)最小值：当两个力反向时，合力F最小，Fmin＝|F1－F2|，合力与分力中较大的力方向相同 两分力成某一角度θ 合力大小的范围是：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.夹角θ越大，合力就越小 合力可以大于等于两分力中的任何一个力，也可以小于两分力中的任何一个力 3.求共点力合力的常用方法 (1)作图法：作图法就是用作图工具根据平行四边形定则作出平行四边形，然后用测量工具测量出合力的大小、方向，具体操作流程如下： (2)计算法 ①两分力共线时 F1与F2方向相同 合力大小F＝F1＋F2，方向与F1和F2的方向相同 F1与F2方向相反 合力大小F＝|F1－F2|，方向与F1和F2中较大的方向相同 ②两分力不共线时：可以先根据平行四边形定则作出分力及合力的示意图，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的特殊情况： 类型 作图 合力的计算 两分力 相互 垂直 大小：F＝ 方向：tan θ＝ 两分力 等大，夹 角为θ 大小：F＝2F1cos 方向：F与F1夹角为 (当θ＝120°时，F1＝F2＝F) 两分力 分别为 F1、F2， 夹角为θ 根据余弦定理，合力大小 F＝ 根据正弦定理，合力方向与F1方向的夹角正弦值为sin α＝ 知识点二 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 一、实验目的 探究两个互成角度的力的合成规律． 二、实验原理 1．合力F′的确定：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果都是使橡皮条伸长到同一点，则F′就是F1、F2的合力． 2．合力理论值F的确定：根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示． 3．两个互成角度的力的合成规律的验证：比较F和F′的大小和方向是否相同． 三、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉(若干)． 四、实验步骤 1．钉白纸：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上． 2．拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套． 3.两力拉：用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图所示．记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向． 4．一力拉：只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向． 5．改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次． 五、数据处理 1．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示． 2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的F′的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示． 3．比较F′和平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同． 六、误差分析 1．弹簧测力计使用前没调零会造成误差． 2．使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间有摩擦力存在会造成误差． 3．两次测量拉力时，橡皮条的结点O没有拉到同一点会造成偶然误差． 4．两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，会造成偶然误差． 七、注意事项 1．结点O (1)定位O点时要力求准确； (2)同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变． 2．拉力 (1)用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向； (2)应使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内； (3)两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小． 3．作图 (1)在同一次实验中，选定的标度要相同； (2)严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力． 知识点三 对力的分解的讨论 1．对力的分解的理解 (1)在力的分解中，合力是实际存在的，分力是虚拟的，并不存在． (2)一个力分解为两个力，从理论上讲有无数组解．因为同一条对角线可以构成的平行四边形有无穷多个(如图所示)． 2．力分解时有、无解的讨论 力分解时，有解或无解，简单地说就是代表合力的对角线与给定的代表分力的有向线段是否能构成平行四边形(或三角形)．若可以构成平行四边形(或三角形)，说明合力可以分解成给定的分力，即有解．如果不能构成平行四边形(或三角形)，说明该合力不能按给定的力分解，即无解．具体情况有以下几种： 已知条件 示意图