第15讲 力的合成与实验 2023-2024学年暑假自学成材系列之初升高（人教版·2019必修一）

第15讲 力的合成与实验 1. 合力和分力； 2. 同一条线上二力的合成。 知识点一：力的合成 1. 合力与分力 （1）定义：一个力产生的效果跟几个力的共同作用产生的效果相同，则这个力就叫那几个力的合力，那几个力叫做分力。 （2）合力与分力的关系。 ①合力与分力是一种等效替代的关系，即分力与合力虽然不同时作用在物体上，但可以相互替代，能够相互替代的条件是分力和合力的作用效果相同，但不能同时考虑分力的作用与合力的作用。 ②两个力的作用效果可以用一个力替代，进一步想，满足一定条件的多个力的作用效果也可由一个力来替代。 2. 力的合成 （1）定义：求几个力的合力的过程叫做力的合成。 （2）说明：力的合成的实质是找一个力去替代作用在物体上的几个已知的力，而不改变其作用效果的方法。3. 平行四边形定则 （1）内容：两个力合成时，用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形，那么合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示出来． 说明：平行四边形定则是矢量运算的基本法则。 （2）应用平行四边形定则求合力的三点注意 ①力的标度要适当； ②虚线、实线要分清，表示分力和合力的两条邻边和对角线画实线，并加上箭头，平行四边形的另两条边画虚线； ③求合力时既要求出合力的大小，还要求出合力的方向。 题型一：合力与分力的理解 【例1】如图所示，两个小孩分别用力、共同提一桶水，水桶静止；一个大人独向上用力F也能提这桶水，让水桶保持静止，请同答，甲、乙两图F、、哪个力可以看成是合力，哪些力可以看成是分力？ [变式1]如图所示，一个大人能提起一桶水并保持水桶静止，两个小孩也能共同提起一桶水并保持水桶静止，下列说法正确的是（    ） A．大人提水时施加的一个力与小孩提水时施加的两个力产生了不同的作用效果 B．小孩对水桶施加的两个力与这两个力的合力同时作用在水桶上 C．若两个小孩对水桶施加的力分别为3N和4N，则其合力一定为7N D．分力与它的合力的作用对象为同一个物体 [变式2]如图，将一个力分解为、两个力，则下列说法不正确的是（　　） A．是物体实际受到的力 B．和两个力在效果上可以取代力 C．物体受到、和三个力的作用 D．是和的合力 知识点二：实验 探究两个互成角度的力的合成规律 1. 实验目的 （1）练习用作图法求两个力的合力。 （2）验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则。 2. 实验原理 （1）等效思想：若用一个力F′或两个力F1和F2共同作用都能把橡皮条沿某一方向拉至相同长度，即力F′与F1、F2的共同作用效果相同，那么F′为F1、F2的合力。 （2）用弹簧测力计分别测出F′和F1、F2的大小，并记下它们的方向，作出F′和F1、F2的图示，以F1、F2的图示为邻边作平行四边形，其所夹的对角线即为用平行四边形定则求得的F1、F2的合力F。 （3）比较F′与F，若它们的长度和方向在误差允许的范围内相等，则可以证明平行四边形定则的正确性。 3. 实验器材 方木板、白纸、图钉若干、细芯铅笔、橡皮条一段、细绳套两个、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺. 4. 实验步骤 （1）仪器的安装 ①钉白纸：用图钉把一张白纸钉在方木板上，将方木板放在水平桌面上． ②拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳套． （2）操作与记录 ①两力拉：用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图1所示)．用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数． ②一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向． （3）作图对比 ①理论值：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计同时拉橡皮条时拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F(如图2所示)． ②测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′的图示． ③相比较：比较F′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否重合． （4）重复 改变两个分力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的F与F′在实验误差允许的范围内是否相等． 5. 误差分析 （1）误差来源 除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等。 （2）减小误差的办法 ①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。 ②作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行。 ③因两个分力F1、F2间的夹