3.4力的合成和分解-2021-2022学年新教材高中物理必修第一册【导与练】高中同步全程学习全书word（人教版）

4　力的合成和分解 [课标引领] 学业质量水平要求 合格性考试 1.知道力的合成和分解的概念,能区分合力和分力,知道二者的等效替代关系。 2.知道力的分解是力的合成的逆运算,能解决简单的物理问题 选择性考试 1.会区分合力和分力,知道等效替代法。并能用作图法和计算法求合力或分力。 2.能理解力的合成和分解的概念,理解平行四边形定则并学会运用 一、合力和分力 如图所示,一个成年人或两个孩子均能提起相同质量的一桶水。 (1)那么该成年人用的力与两个孩子用的力作用效果是否相同?二者能否等效替换? 答案:效果相同;能等效替换。 (2)两个孩子用的力是共点力吗? 答案:是。 1.共点力 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,这几个力就叫作共点力。 2.合力与分力 假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同,这个力就叫作那几个力的合力,这几个力叫作那个力的分力。 3.合力与分力的关系 合力作用的效果与分力作用的效果相同。 二、力的合成和分解 两人同拉(或推)一辆车如图所示,每人用力的大小都是100 N,车受到的合力一定是200 N吗? 答案:不一定;两个力的合力应根据平行四边形定则,用作图或者计算的方法求得。 1.力的合成:求几个力的合力的过程。 2.力的分解:求一个力的分力的过程。 3. 平行四边形定则:求两个力的合成,如果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代表合力的大小和方向,如图所示。F表示F1与F2的合力。 4.如果没有限制,同一个力F可以分解为无数对大小、方向不同的分力。 5.两个以上共点力的合力的求法:先求出任意两个力的合力,再求出这个合力跟第三个力的合力,直到把所有的力都合成进去,最后得到的结果就是这些力的合力。 三、矢量和标量 (1)温度是标量还是矢量?+2 ℃和-5 ℃哪一个温度高? 答案:温度是标量,其正负表示相对大小,所以+2 ℃比-5 ℃温度高。 (2)位移是既有大小又有方向的物理量,而温度、质量是只有大小没有方向的物理量,如何划分它们呢? 答案:既有大小又有方向的物理量为矢量,位移是矢量;只有大小没有方向的物理量为标量,温度、质量为标量。 1.矢量:既有大小又有方向,相加时遵从平行四边形定则的物理量。 2.标量:只有大小,没有方向,相加时遵从算术法则的物理量。 注意:矢量和标量的根本区别在于它们的运算法则不同,而不是有无方向。 1.判断 (1)合力与分力同时作用在一个物体上。(　✕　) (2)由力的平行四边形定则可知,合力可能小于分力。(　√　) (3)把已知力F分解为两个分力F1与F2,此时物体受到F、F1、F2三个力的作用。(　✕　) 2.在学过的物理量中,分别指出三个矢量和三个标量,并说出它们的运算规则。当几个矢量同在一条直线上时,它们的合成有什么特点? 答案:位移、速度、力等是矢量,其运算遵循平行四边形定则;时间、质量、路程等是标量,其运算遵循算术法则。当几个矢量同在一条直线上时,它们的合成仍然遵循平行四边形定则,可在规定正方向后用正负号表示矢量的方向,将矢量求和转化为代数运算,计算结果的正负表示合矢量的方向。 3.如图所示,当你在单杠上做“引体向上”动作时,两臂的夹角越大,身体上升就越困难,请解释原因。 答案:两臂张开一定角度做“引体向上”动作时,可将人所受重力分解为沿手臂方向的两个分力,由于人的重力不变,两臂的夹角越大时,两个分力越大,要使人上升,双臂用力要更大,更难以将身体提起来。 探究点一　合力与分力的关系 用硬纸板剪出五个宽度相同的长条,其中四个两两长度分别相等,第五个较长些,然后用螺丝铆住(AE与BC、CD不要铆住),如图所示。其中AB表示一个分力,AD表示另一个分力,AC表示合力。 (1)改变∠BAD的大小,观察两分力间的夹角变化时合力大小如何变化? 答案:合力随着两分力间夹角的增大而减小,随着两分力间夹角的减小而增大。 (2)合力一定大于其中一个分力吗? 答案:不一定。合力与分力的大小符合三角形三边的关系,由几何知识知,三角形两边之和大于第三边,两边之差小于第三边,因此合力大小的范围|F1-F2|≤F≤F1+F2。例如F1=5 N,F2=5 N,合力0 N≤F≤10 N,合力F的最小值为0 N,比任何一个分力都小。 1.合力与分力的三性 2.合力与两个分力的大小关系 (1)两分力大小不变时,合力F随两分力夹角θ的增大而减小,随θ的减小而增大。(0°≤θ≤180°) (2)合力大小的范围为|F1-F2|≤F≤F1+F2。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。 最大值 当θ=0时,两力同向,Fmax=F1+F2 最小值 当θ=180°时,两力反向,Fmin=|F1-F2|