4.1 科学探究：力的合成 学案-2021-2022学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册

4.1 科学探究：力的合成 【自主导学】 一、力的合成 【知识预习】 1. 共点力：如果几个力同时作用在物体上的 ，或他们的作用线相交于 ，我们就把这几个力称为共点力。 2.合力与分力 当一个物体受到几个力共同作用时，我们可以用 来代替这几个力，这个力的效果跟原来几个力的 相同，这个力叫做那几个力的 ，原来的几个力叫做 ． 3．力的合成: 求几个力的 的过程或求合力的方法叫力的合成． 【思考交流】 1、 如果作用在物体上的两个力不共点，会有什么样的效果？ 2、 两个力的方向相同时，如何计算他们的合力？ 3、 两个力的方向相反时，如何计算他们的合力？ 4、 猜想一下：当两个力不在一条直线上时，合力大小等于两分力大小代数和或者代数差吗? 二、实验：探究两个互成角度的力的合成的规律 【知识预习】 (1)用铅笔标出 位置，记为O； (2)记录两个弹簧测力计的示数F1和F2， 用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线； (3)只用一个弹簧测力计，同样将细绳套把橡皮条的结点仍拉到 ，记录测力计的示数F3，沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线； (4)按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3； (5)根据 定则作出F1和F2的合力F； (6)比较 和 的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验. 【思考交流】 1、利用实验探究两个互成角度的力的合成的规律时，实验原理是什么？ 2、如何获得两个分力？两个分力的大小如何得出？怎样才能记录下力的方向？ 3、如何保证用一个力拉时，取得相同的作用效果？ 4、在上述实验步骤中，合力的理论值和实验值分别是？ 三、平行四边形定则 【知识预习】 1. 力的合成遵守平行四边形定则，其内容为：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以用表示F1、F2的有向线段为 作平行四边形，平行四边形的 (在两个有向线段F1、F2之间)就表示合力的大小和方向； 2. 平行四边形法则还可以延伸为如下的三角形法则：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的线段首尾顺次相接地画出，把F1、F2的另外两端连接起来，则此连线就表示合力的大小和方向；图示如下图所示： 平行四边形法则和三角形法则不仅适用于力的合成和分解，更是所有矢量通用的运算法则，我们之前学过的位移、速度、加速度的运算都遵循这个法则 【思考交流】 1、已知==10N，画出当两个力夹角为60°、90°、120°时两个力的大小和方向，并试着根据平行四边形法则用不同方法计算合力的大小。 提示： （1） 图解法：画出力的图示（大小、方向、标度），做出平行四边形，量出对角线的长度； （2）计算法：画出力的示意图（大小、方向），根据几何关系，算出合力的大小。 2、如果物体同时受多个共点力的作用，如何计算这些力的合力？如何进行三个及以上的力的合成？ 【典型例题】 【例1】关于合力和分力，下列说法正确的是（ ） A．合力及其分力均为作用在同一物体上的力 B．合力及其分力可以同时作用在物体上 C．几个力的共同作用效果可以用一个力来代替 D．分力与合力的关系体现了理想化模型的思想 【例2】已知力F1＝30 N，F2＝40 N，当F1和F2夹角为90°时，合力的大小为( 　　) A．20 N B．30 N C．40 N D．50 N 【例3】已知两个共点力大小分别为F1＝10 N，F2＝20 N，则这两个力的合力可能是(　　) A．5 N　　　　　B．20 N C．35 N D．40 N 【课堂练习】 1. .两个大小相等的共点力，当它们夹角为时，合力为F，当它们的夹角为时，合力大小为( ) A. B. C.F D. 2.如图所示，吊环运动员在体操比赛过程的四个静止动作中，两侧吊绳所受拉力最小的是( ) A. B. C. D. 3．某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条（带两个较长的细绳套），刻度尺，图钉（若干个）。 ①具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是_ _____。 A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同 C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度 D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力 ②该小组的同学用同一套器材做了四次实