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

微专题：第1课时 力的合成 第4节 力的合成和分解 第三章 相互作用——力 高中物理人教版（2019）必修第一册 情境导入 “泗水捞鼎”一事最早见于《史记·秦始皇本纪》：“始皇还，过彭城，斋戒祷祠，欲出周鼎泗水。使千人没水求之，弗得。” 画像的下格，桥上之人为秦始皇，桥两边的众人以绳拉鼎，鼎内一龙头伸出欲咬绳索。 2 活动过程 我们模拟“泗水捞鼎”：在教室中放一只大水桶,桶中放一个30 kg的杠铃片，将其系在一根长长的绳子中间,地上事先画出两条红线代表河岸。 2.请两位女同学也来试试,允许站到“河中”，可以缩短绳子提起杠铃片(力的示意图见图乙)。女同学力气比男同学大吗？思考讨论其原因。 任务五 500N+500N=? 模拟“泗水捞鼎” 1.请两位男同学站在红线外，用力拉杠铃片(两力所夹角度大)。这种情况下我们能成功模拟“泗水捞鼎”情境吗?思考讨论其原因。 3 活动过程 3.邀请刚才参加过实验的一个男同学将杠铃片竖直向上提起(力的示意图见图丙)。一个人的力气大于两个人的力气吗? 任务五 500N+500N=? 模拟“泗水捞鼎” 第1次实验中哑铃并没被提起，而第3次实验中哑铃被提起，这并不能说明一个人的力气大于两个人的力气，这是由于两次实验中力的作用点、方向不同导致力的作用效果不同。 分析 活动过程 任务五 500N+500N=? 模拟“泗水捞鼎” 等效代替 分力 合力 合力与分力 一个力( F )作用的效果跟几个力( F1、F2……)共同作用的效果相同，这个力(F)叫做那几个力的合力. 那几个力叫做这个力的分力。 4.第2、第3次试验中哑铃都被抬起，说明这两次实验拉力的 相同。 作用效果 活动过程 1.将一根橡皮筋的左端用图钉固定,右端连接两个细绳套。用一个弹簧测力计通过细绳套将橡皮筋的右端拉到O点，弹簧测力计的示数如图甲所示，则拉力大小 F = N。 任务五 500N+500N=? 合力与分力之间的定量关系是？ 在一条直线上的两个分力与合力间的关系 活动过程 2.同时用两个弹簧测力计通过两个绳套,沿同一方向将橡皮筋的右端拉到O点, 弹簧测力计的示数如图乙所示,由图可知,F1= N ,F2= N。 任务五 500N+500N=? 合力与分力之间的定量关系是？ 活动过程 3.同时用两个弹簧测力计通过两个绳套,沿同一方向将橡皮筋的右端拉到0点,弹簧测力计的示数如图乙所示,由图可知, F3= N ,F4= N。 任务五 500N+500N=? 合力与分力之间的定量关系是？ 此时，两个力的合力大小为  N ，方向 。 如果这两个弹簧测力计对橡皮筋的作用力不在一条直线上，情况又会如何？ 活动过程 任务五 500N+500N=? 合力与分力之间的定量关系是？ 如果几个力同时作用在物体上的同一点，或者他们的作用线相交于同一点，我们就把这几个力称为共点力。 可视为共点力的情况 几个力同时作用于同一点（即力的作用点相重合）; 同时作用在同一物体上的几个力，虽然作用点并不重合，但是这几 个力的作用线正向或反向延长能够相交于同一点； 当一个物体可以被视为质点时，作用在物体上的几个力就可以认为是共点力. 共点力 9 活动过程 任务五 500N+500N=? 合力与分力之间的定量关系是？ 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 实验目的 实验原理 实验器材 探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系 让两个互成角度的共点力F1 和 F作用于某一物体，并产生明显的作用效果；然后用一个力 F 来代替 F1 和 F,产生同样的作用效果.测出 F1 和 F 和 F ,比较它们的大小和方向，找出其中的规律。 木板、橡皮筋、细线、弹簧测力计、图钉、白纸、铅笔、刻度尺、三角板 10 活动过程 任务五 500N+500N=? 合力与分力之间的定量关系是？ 用两个弹簧测力计互成角度地拉绳套,使橡皮筋伸长到一定的位置,记下橡皮筋与绳套结点的位置 O,画出两绳套的方向,记录两弹簧测力计的示数F1和F; 用一个弹簧测力计将橡皮筋拉伸,使结点仍到达位置 O,画出绳套的方向, 记录弹簧测力计示数 F; 用相同标度作出两个分力 F1、F 与合力 F 的图示,以 F1 和 F为邻边作出平行四边形,得到其对角线F’,看 F’ 和 F 是否完全重合(也可连接各力的顶点看是否构 成平行四边形)。 改变两个分力的夹角再做几次。 实验步骤 活动过程 任务五 500N+500N=? 合力与分力之间的定量关系是？ F是F1、F 的合力，分力 F1、F 与合力 F 满足“F 是以F1、F 为邻边的平行四边形的对角线”的关系。 实验结论 12 活动过程 任务五 500N+500N=? 力的合成 拱形结构是古代人们解决建筑跨度的有效方法。现将拱形桥结构简化如下图所示,若石块2、3对石块1的弹力大 小都为500N,石块1、2、3对应的圆心角分别为30⸰、60⸰、30⸰ 。 思考:石块2、3对石块1的弹力的合力大小为多少? 活动过程 讨论:若石块2、3对石块1的弹力大小恒为500N, (1)当石块1对应的圆心角变大时,合力大小怎么变化? (2)合力是否一定大于每个分力? (3)如果条件允许,这个合力大小的范围是多少? (4)你认为在什么条件下,石块2、3对石块1的弹力的合力大小为500N? 任务五 500N+500N=? 力的合成 活动过程 任务五 500N+500N=? 力的合成 1.作图法 （1）根据两个分力的大小和方向，用力的图示法，用统一标度作出两个分力F1、F2 。 （2）以F1、F2为邻边作出平行四边形，作出F1、F2之间的对角线。 （3）用刻度尺测量对角线的长度，用选定的力的标度计算出合力大小；用量角器两处对角线与某一分力的夹角确定合力方向。 互成角度的两个共点力的合力的方法。 活动过程 2.计算法 根据平行四边形定则作出力的示意图，然后应用几何知识求解合力的大小和方向。 以下为两种特殊情况 相互垂直的两个力的合成： 合力，F与F1的夹角的正切值； 两个等大的力的合成：平行四边形为菱形，利用其对角线互相垂直平分的特点可解得合力； 若120，则合力大小等于分力大小。 任务五 500N+500N=? 力的合成 活动过程 3.平衡法 （1）当物体受到两个力的作用而处于静止或匀速直线运动状态时，则这两个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，是一对平衡力。 F = G （2）当物体受到三个力的作用而处于静止或匀速直线运动状态时，利用平行四边形定则合成其中的两个力，就可以将三个力的作用等效转化为两个力的作用，则这两个力的合力与剩下的第三个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。 F合 = G F G G F1 F2 F合 任务五 500N+500N=? 力的合成 活动拓展 任务五 500N+500N=? 平行四边形定则的推广 三角形定则 分力 F1、F 首位相接，则合力 F 就是由F1的首端指向F 的尾端的有向线段所表示的力。 F1 F2 F F F1 F2 活动拓展 任务五 500N+500N=? 平行四边形定则的推广 多边形定则 如果是多个力的合力，则有三角形定则推广可得到多边形定则，分力 F1、F 、F首位相接，则合力 F 就是由F1的首端指向F 的尾端的有向线段所表示的力。 F1 F2 F F1 F2 F12 F 无论是在三角形定则还是在多边形定则中，分力皆是收尾相连；合力为首和首、尾和尾相连，从第一个分力的首端指向最后一个分力的尾端。 活动拓展 任务五 500N+500N=? 平行四边形定则的推广 两个共点力的合成范围 设两个共点力大小分别为F1、F2，且F1、F2互成 θ 角。 最大值：当θ = 0，即F1、F2同向时，合力F最大，最大值Fmax = F1+F2； 最小值：当θ = π，即F1、F2反向时，合力F最小，最小值Fmin = ； 合力F的大小随 θ 角的增大而减小。 多个共点力的合成范围 若多个共点力F1、F2、…Fn的合力为F，设F1 最大值：当F1、F2、…Fn同向时，合力F最大，最大值Fmax = F1+F2++； 最小值：若 FnF1+F2++，合力F最小，最小值Fmin = 0； 若F F1+F2++，合力F最大，最小值Fmin = Fn（F1+F2++ 共点力的合成范围。 活动作业 如图所示,在电线杆的两侧常用钢丝绳把它固定在地上。 如果钢丝绳与地面的夹角= B = 60，每条钢丝绳的拉力 都300N,求两根钢丝绳作用在电线杆上合力的大小。 知识结构图 再 见 $$