3.4力的合成与分解 第1课时 课件-2024-2025 学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

3.4 力的合成和分解 第三章　相互作用——力 新课引入 一个静止的物体，在某平面上受到5个力作用，如何判断它将向哪个方向运动呢？ F 共点力：几个力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。         一.合力和分力   一.合力和分力 1.定义： 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。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分力。 一.合力和分力 分力 合力     等效替代 二.力的合成 分力 合力     力的合成 力的分解 等效替代 物理学中，我们把求几个力的合力的过程叫作力的合成。 把求一个力的分力的过程叫作力的分解。 想一想： 如何求几个共点力的合力？合力与分力之间满足怎样的规律？ 1、同一条直线上的两个力合成                   如果两个力不共线,又该怎么合成呢? F1=40N F2=30N 二.力的合成 ①. 实验中需要用到哪些仪器？ 两个弹簧测力计，橡皮条，小圆环，细线 铅笔、三角板、刻度尺 白纸、图钉、木板     2、探究两个互成角度的力的合成规律 二.力的合成 ②. 如何提供合力与分力？ 如何保证合力与分力的作用效果相同？ 两次拉动小圆环，都能使小圆环保持静止状态，可以说明合力与分力的作用效果是一样的 两次拉动小圆环，都能使小圆环静止在O点，才能实现合力与分力的作用效果完全一致  2、探究两个互成角度的力的合成规律 二.力的合成 2、探究两个互成角度的力的合成规律 ③. 在实验过程中，需要记录哪些数据？如何记录？ 力的大小 弹簧测力计 力的方向 沿着各自拉线的方向 二.力的合成 ④. 如何处理记录下来的信息？ 力的图示 2、探究两个互成角度的力的合成规律 合力是以分力为邻边的平行四边形的对角线 二.力的合成 ④. 如何处理记录下来的信息？   二.力的合成 实验表明，在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边做平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作“平行四边形定则”。       二.力的合成 平行四边形定则 某同学用如图所示装置做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验，橡皮筋的一端固定在水平木板上的P点，另一端系有两个绳套.实验中先用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮筋，将橡皮筋拉至某一位置O.再只用一个弹簧测力计，通过绳套把橡皮筋拉到与前面相同的位置O. 例2 (1)为完成该实验，下述必须有的步骤是______.(填正确选项前的字母) A.测量细绳的长度 B.测量橡皮筋的原长 C.记录弹簧测力计的示数 D.记录结点O的位置 E.通过细绳记录拉力的方向 CDE (2)下列关于操作过程的说法正确的是______.(填正确选项前的字母) A.橡皮筋、弹簧测力计和细绳应位于与木板平行的同一平面内 B.两细绳之间的夹角一定要取90°，以便计算合力的大小 C.拉橡皮筋的细绳要短一些，标记同一细绳方向的两点要近一些 D.弹簧测力计的示数适当大些有利于减小误差 E.同一次实验中，用一只弹簧测力计拉橡皮筋 时，结点的位置必须与用两只弹簧测力计拉 时的位置重合 ADE (3)“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图. ①图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是______. F′ ②本实验采用的科学方法是______. A.理想实验法 B.等效替代法 C.控制变量法 D.建立物理模型法 B 如何确定合力的大小范围？ 现有两个大小一定的力，夹角发生变化，观察合力的大小范围。 二.力的合成 F1 F2 F合 ∣F1-F2∣< F合 < F1+F2 ∣F1-F2∣≤ F合 ≤ F1+F2 F2的大小 夹角为180°： = ∣ - ∣ 夹角为0°： = + 合力的范围 二力同向时，合力F大小等于两分力F1、F2之和，合力的方向与分力的方向相同. 二力反向时，合力F大小等于两分力之差的绝对值，合力的方向与较大的分力方向相同. 二.力的合成 合力的求解方法 (1)作图法 ①基本思路： ②如图所示：用作图法求F1、F2的合力F. 二.力的合成 (2)计算法 两分力不共线时，可以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.以下为求合力的三种特殊情况： 类型 作图 合力的计算 两分力相互 垂直   两分力等大，夹角为θ   合力与其中 一个分力垂直     例1　(多选)关于F1、F2及它们的合力F，下列说法中正确的是 A.合力F一定与F1、F2共同作用产生的效果相同 B.两力F1、F2一定是同种性质的力 C.两力F1、F2一定是同一个物体受到的力 D.两力F1、F2与F是物体同时受到的三个力 √ √ 解析　只有同一个物体受到的力才能合成，分别作用在不同物体上的力不能合成，合力是原来几个分力的等效替代，分力可以是不同性质的力，分析物体的受力时，合力与分力不能同时存在，所以选项A、C正确. 例2　如图4所示，两个人共同用力将一个牌匾拉上墙头.其中一人用了450 N的拉力，另一个人用了600 N的拉力，如果这两个人所用拉力的夹角是90°，求它们的合力.(tan 53°＝ ) 答案　750 N，方向与较小拉力的夹角为53° 图4 解析　方法一　作图法 如图所示，用图示中的线段表示150 N的力，用一个点O代表牌匾，依题意作出力的平行四边形. 用刻度尺量出平行四边形的对角线长为图示线段的5倍，故合力大小为F＝150×5 N＝750 N，用量角器量出合力F与F1的夹角约为53°. 方法二　计算法 设F1＝450 N，F2＝600 N，合力为F. 由于F1与F2间的夹角为90°，根据勾股定理，得 所以θ＝53°. 例4 按下列要求作图. (1)已知力F及其一个分力F1，在图甲中画出另一个分力F2. 答案　 (2)已知力F及其两个分力的方向，在图乙中画出两个分力F1和F2. 答案　 返回 三.力的分解 力的合成 力的分解 思想：等效替代 分力 、、 … 合力 规律：平行四边形定则 F 思考： 如果要将一个力分解为两个力，你能通过作平行四边形得到这两个分力吗？ 一个力F原则上可以分解为 无数对大小、方向不同的两个分力F1和F2 3.如图2甲所示，小明用斜向上的力拉行李箱，其简化图如图乙所示，拉力会产生两个效果，如何分解拉力，写出两个分力大小. 答案　如图所示，F1＝Fcos θ，F2＝Fsin θ 图2 1.力的效果分解法 例1　如图3所示，一质量分布均匀的小球静止在固定斜面和竖直挡板之间，各接触面均光滑，小球质量为m＝100 g，按照力的效果作出重力及其两个分力的示意图，并求出各分力的大小.(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) 图3 答案　见解析图　0.75 N　1.25 N 解析　把球的重力沿垂直于挡板和垂直于斜面的方向分解为力G1和G2，如图所示： G1＝Gtan 37°＝100×10－3×10×0.75 N＝0.75 N； 把一个物体受到的各个力都分解到两个互相垂直的方向，这种分解方法叫正交分解法 2.力的正交分解法 例题1 物体在水平地面上，受到与水平方向夹角为θ斜向右上的力F。分别以水平和竖直方向为x轴和y轴建立直角坐标系，把F分解为沿着两个坐标轴的分力，试在图中作出分力Fx和Fy，并计算它们的大小？ x y Fx Fy Fx=Fcosθ Fy=Fsinθ 正交分解： 一个力在两个相互垂直的方向上分解 构建物理模型 2.力的正交分解法 构建物理模型 例题2 一个物体放在倾角为θ的斜面上，物体受重力G。现在需要沿平行于斜面方向和垂直于斜面方向对物体的运动分别进行研究，把重力G沿平行于斜面和垂直于斜面方向分解为G1和G₂，求两个分力的大小？ y x G2 G1 G1=Gsinθ G2=Gcosθ 请试写出两个分力G1和G2的大小 大小：F＝ 方向：tan θ＝ 大小：F＝2F1cos 方向：F与F1夹角为 (当θ＝120°时，F＝F1＝F2) 大小：F＝ 方向：sin θ＝ F＝ N＝750 N， 合力F与F1的夹角θ的正切值tan θ＝＝＝， G2＝＝ N＝1.25 N. $$