内容正文:
相反,作用在两个不同的物体上,是相互作用力,故 B选
项正确;悬绳拉天花板的力和电灯拉悬绳的力,作用在
两个物体上,但方向相同,既不是相互作用力,也不是平
衡力,故 C选项错误;悬绳拉天花板的力和电灯的重力,
作用在两个物体上,但方向相同,并且一个是弹力,一个
是重力,性质不同,所以既不是相互作用力,也不是平衡
力,故 D选项错误.]
4.CD [作用力与反作用力的性质必定是相同的,故 A 错
误;作用力与反作用力作用在两个物体上,故 B错误;作
用力与反作用力大小同时变化,大小时刻相等,故 C 正
确;作用 力 与 反 作 用 力 作 用 在 同 一 条 直 线 上,故 D
正确.]
5.解析:(1)因乙中小球受到浮力的作用,浮力向上,故弹
力减小,故F3<F1;(2)对烧杯分析可知,由于烧杯中的
水受到小球的反作用力,则示数增加,由弹簧秤的示数
变化可知,铁球对水的作用力大小为:F4-F2;对小球分
析可知,铁球受到的浮力为:F1-F3;若F1-F3=F4-
F2,则可以证明作用力与反作用力大小相等.
答案:(1)< (2)F4-F2 F1-F3=F4-F2
第4节
自主预习探新知
基础梳理
知识点1
1.同一点 相交于一点 2.效果 效果 合力 分力
3.等效替代 效果 共同作用的效果
知识点2
1.几个力的合力 2.一个力的分力 3.邻边 对角线 F
4.无数 5.所有的力
知识点3
1.平行四边形定则 2.算术法则
自我检测
1.(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√
2.(1)B [根据两个分力大小一定时,夹角增大,合力减小
可知:双臂拉力的合力一定(等于同学自身的重力),双
臂的夹角越大,所需拉力越大,故双臂平行时,双臂的拉
力最小,各等于重力的一半,故B正确.]
(2)ACD [重 物 所 受 重 力
的作用效果有两个,一是拉
紧 细 绳,二 是 使 杆 压 紧 手
掌,所以重力可分解为沿细
绳方向的力F1 和垂直于掌心方向的力F2,如图所示,由
三角函 数 得 F1 =
G
cosθ
,F2 =Gtanθ,故 选 项 A、C、D
正确.]
合作探究攻重难
探究1
探究导引
提示:在船的吃水线相同的情况下,一头大象的重力与
一堆石头的 重 力 相 当.其 中 包 含 了 等 效 替 代 的 思 想 方
法,即一头大象和一堆石头的作用效果相同.结合生活
经验举例:一桶水可以由一个成年人单独提起,也可以
由两个小孩共同提起.两个小孩对水桶的作用效果与一
个成年人对水桶的作用效果相同.
[例1] D [合力与分力的作用效果相同,它们并不是同
时作用在物体上,选项 A 错误;根据平行四边形定则可
知:两个共点力的合力的大小不一定大于小的分力,如
下图甲,也不一定小于大的分力,如下图乙;合力的大小
也不随夹角的增大而增大如下图丙;并且也不一定大于
任意一个分力.故 D正确,B、C错误.]
跟踪训练
1.AD [大人的拉力与两小孩的拉力效果相同,A正确;由
共点力的合成法则知合力一定,夹角越大,分力越大,故
B、C错误,D正确.]
探究2
探究导引
提示: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.
[例2] [解析] 把两根钢
索的拉力看成沿钢索方向
的两 个 分 力,以 它 们 为 邻
边画 出 一 个 平 行 四 边 形,
其对角线就表示它们的合
力.由对称性可知,合力方
向一 定 沿 塔 柱 竖 直 向 下;
根据这个平行四边形是一个菱形的特点,如图所示,连
接AB,交OC 于D,则AB 与OC 互相垂直平分,即 AB
垂直OC,且 AD=DB、OD= 12OC
;考 虑 直 角 三 角 形
AOD,其 角 ∠AOD =53°,而 OD =OC2
,则 有:F =
2F1cos53°=2×5×104×0.6N=6×104 N,方向竖直
向下.
[答案] 6×104 N 方向竖直向下
跟踪训练
2.解析:1.作图法
如图所示,设定单位长度表示150N 的力,用一个点 O
代表牌匾,两拉力之间的夹角为90°,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=150×5N=750N,用量
角器量出合力F 与F1 的夹角θ=53°
2.计算法
设F1=450N,F2=600N,合力为F.
由于F1 与F2 间的夹角为90°,根据勾股定理得
F= 4502+6002 N=750N
合力F 与F1 的夹角θ的正切tanθ=
F2
F1
=600450=
4
3
所以θ=53°
答案:750N,与较小拉力的夹角为53°
探究3
探究导引
提示:重物竖直向下拉细线的力会产生两个效果:沿着
上边斜线方向斜向下拉紧细线,沿着铅笔方向向左压紧
铅笔.
[例3] [解析] 分解示意图如图所示,甲图中两分力大
小分别为
G1=Gsinα,G2=Gcosα
乙图中两分力大小分别为G1′=Gtanα,G2′=
G
cosα
222
物理必修第一册
[答案] 见解析
跟踪训练
3.A [按力的作用效果分解如图(1)(2)(3)(4)所示,故
选 A.]
探究4
探究导引
提示:(1)物块受到重力、支持力、摩擦力以及拉力四个
力的作用.用平行四边形定则求合力的话,会很烦琐.
(2)建立坐标系时,应使尽可能多的力与坐标轴重合.
[例4] [解析] 本题若连续运用平行四边形定则求解,
需解多个斜 三 角 形,一 次 又 一 次 确 定 合 力 的 大 小 和 方
向,计算过程十分复杂.为此,可采用力的正交分解法求
解此题.
如图甲建立 直 角 坐 标 系,把 各 个 力 分 解 到 两 个 坐 标 轴
上,并求出x轴和y 轴上的合力Fx 和Fy,有
Fx=F1+F2cos37°-F3cos37°=27N
Fy=F2sin37°+F3sin37°-F4=27N
因此,如图乙所示,合力
F= F2x+F2y≈27 2N tanφ=
Fy
Fx
=1
即合力的大小为27 2N,方向与F1 夹角为45°斜向上.
[答案] 合力的大小为27 2N,方向与F1 夹角为45°
斜向上.
跟踪训练
4.ABD [将重力G 沿平行于斜面和垂直于斜面两个方向
正交分解如图所示,则 N=G2=Gcosθ,A 对;f=G1=
Gsinθ,B正确;重力G 大小等于N 与f 合力大小,G2=
N2+f2,D正确.]
课堂自测夯基础
1.ABC [如果F1 与F2 大小相等,方向相反,则其合力为
零,既小于F1 又小于F2,故 A 错误;如果F1、F2 同向,
则合力F=F1+F2,既大于F1 又大于F2,故 B错误;合
力F 的范围为|F1-F2|≤F≤F1+F2,因此,C错误,D
正确.]
2.A [若F1 和F2 的大小不变,θ角越小,根据平行四边
形定则知,合力变大,故 A 正确;合力可能比分力大,可
能比分力小,可能与分力相等,故B错误;若夹角θ不变,
F1 大小不变,F2 增大,若F2 与F1 反向,F1>F2,则合
力F 减小,故 C错误;根据力的合成法则,若合力F 不
变,θ角越大,分力F1 和F2 就可能越大,也可能一个不
变,另一个 变 大,也 可 能 一 个 变 小,另 一 个 变 大,故 D
错误.]
3.D [F1 是重力沿斜面向下的分力,其作用效果是使物
体沿斜面下滑,施力物体是地球,故选项 A 错误;物体受
到重力mg和支持力FN 两个力的作用,F1、F2 是重力的
分力,故选项B错误;F2 是重力沿垂直于斜面方向的分
力,其作用效果是使物体压斜面,F2 的大小等于物体对
斜面的压力,但二者的受力物体不同,F2 的受力物体是
物体本身,物体对斜面的压力的受力物体是斜面,故选
项 C错误;合力 的 作 用 效 果 与 分 力 共 同 作 用 的 效 果 相
同,故选项 D正确.]
4.A [对球所受重力进行分解,如图所示.由几何关系得
F1=Gsin60°=
3
2G
,F2=Gsin30°=
1
2G
,A正确.]
5.解析:(1)若两个分力的大小为F1 和F2,在它们的夹角
不确定的情况下,合力F 的大小范围为|F1-F2|≤F≤
F1+F2,所以5N≤F≤55N,D正确.
(2)先确定F1、F2 的合力范围:3N≤F12≤13N,当F12
取10N时,使其与F3 反向,则三力合力为0,当F12取13
N时,使其与F3 同向,则三力合力最大为23N,故0≤F
≤23N,A正确.
答案:(1)D (2)A
实验:探究两个互成角度的力的合成规律
合作探究攻重难
[例1] [解析] (1)本实验中“等效替代”的含义是两弹
簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作
用效果替代,故 D正确.
(2)题图乙中的F 是合力的理论值,而F′是合力的实际
值,两力中,方向一定沿AO 方向的是F′.
(3)拉橡皮条的细绳细些且长度适当,以便确定力的方
向,选项 A正确;拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳
应贴近木板且与木板面平行,选项 B正确;记录弹簧测
力计拉力方向时,标记同一细绳方向的两点要远些,这
样可减小记录方向时产生的误差,选项 C正确,拉力F1
和F2 的夹角不一定为90°,大小适当即可,选项 D错误.
[答案] (1)D (2)F′ (3)ABC
322
参考答案
第4节 力的合成和分解
学习目标 核心素养
1.知道合力、分力以及力的合成、力的分解的概念.
2.理解平行四边形定则是一切矢量合成的普遍法
则,会用平行四边形定则求合力,知道分力与合力
间的大小关系.(重点)
3.知道共点力的概念,力的分解原则,会用作图法、
计算法求合力.(难点)
4.知道力的三角形定则,会区别矢量和标量.(重
点,难点)
5.会用正交分解法求分力.
6.会通过实验探究力的平行四边形定则.
[基础梳理]
[知识点1] 合力和分力
1.共点力
几个力如果都作用在物体的 ,或者
它们的作用线 ,这几个力叫作
共点力.
2.合力与分力
假设一个力单独作用的 跟某几个
力共同作用的 相同,这个力就叫作
那几个力的 ,这几个力叫作那个力
的 .
3.合力与分力的关系
合力与分力之间是一种 的关
系,合力作用的 与分力
相同.
[知识点2] 力的合成和分解
1.力的合成:求 的过程.
2.力的分解:求 的过程.
3.平行四边形定则:在两个力
合成时,以表示这两个力的
有向线段为 作平行
四边形,这两个邻边之间的 就代表
合力的大小和方向,如图所示, 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
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,再求出这个合力与第三个力
的合力,直到把 都合成进去,
最后得到的结果就是这些力的合力.
[知识点3] 矢量和标量
1.矢量:既有大小又有方向,相加时遵从
的物理量.
2.标量:只有大小,没有方向,相加时遵从
的物理量.
[自我检测]
1.思维辨析
(1)两个力的合力 一 定 等 于 这 两 个 力 的 代
数和. ( )
(2)两个力的合力一定大于其中任意一个力的
大小. ( )
(3)两个力的合力的方向可能与两个分力的方
向都不相同. ( )
(4)分力与合力是同时作用在物体上的.
( )
(5)将一个已知力进行分解,得到的分力是唯
一的. ( )
(6)矢量与标量的本质区别是它们的运算方法
不同. ( )
09
物理必修第一册
2.基础理解
(1)某同学在单杠上做引体向上,在图中的四
个选项中双臂用力最小的是 ( )
(2)(多选)如图所示是李强
同学设计的一个小实验,
他将细绳的一端系在手
指上,细绳的另一端系在
直杆的A 端,杆的左端顶在掌心上,组成
一个“三角支架”.在杆的A 端悬挂不同的
重物,并保持静止.通过实验会感受到
( )
A.细绳是被拉伸的,杆是被压缩的
B.杆对手掌施加的作用力的方向沿杆由C
指向A
C.细绳对手指施加的作用力的方向沿细
绳由B 指向A
D.所挂重物质量越大,细绳和杆对手的作用力
也越大
合力与分力
◆[探究导引]
如图所示是大家
都很熟悉的“曹冲
称象”的故事.
图 中 曹 冲 根 据 什
么 得 到 大 象 和 船
上石头的重力相等? 其中包含什么思想方
法? 请你结合生活经验再举一个相似的
例子.
◆[探究归纳]
1.合力与分力的相关性
2.合力与分力间的大小关系
当两分力F1、F2 大小一定时
(1)两力同向时合力最大:F=F1+F2,方向与
两力同向;
(2)两力方向相反时,合力最小:F=|F1-F2|,方
向与两力中较大的力同向.
(3)两力夹角为θ时,如图,合力
随θ的增大而减小,合力大小
的范围是:|F1-F2|≤F≤F1+F2.
[例1] 关于合力与其两个分力的关系,正确
的是 ( )
A.合力与分力同时作用在物体上
B.合力的大小随两分力夹角的增大而增大
C.合力的大小一定大于任意一个分力
D.合力的大小可能大于大的分力,也可能
小于小的分力
思路引导:解答本题时需要把握以下两点:
(1)合力与分力作用效果相同,但不同时作
用在物体上;
(2)合力与分力遵循平行四边形定则.
[尝试解答]
[规律方法] ①合力与分力是等效替代关
系,对物体进行受力分析时,不能同时分析合
力与分力.
②合力可能大于某一分力,可能小于某一分
力,也可能与某一分力大小相等.
19
第三章 相互作用———力
◆[跟踪训练]
1.(多选)如图,一个大
人单独提起一桶水和
两个小孩共同提起同
一桶水,则下列说法
正确的是 ( )
A.大人的拉力可以看作两个小孩拉力的
合力
B.大人拉力一定等于两个小孩拉力大小
之和
C.两个小孩两手臂夹角θ越大,则拉力越小
D.两个小孩两手臂夹角θ越大,则拉力越大
求合力的方法
◆[探究导引]
两人同拉(或推)一辆车如图所示,每人用力
的大小都是100N,车受到的合力一定是
200N吗?
◆[探究归纳]
1.作图法
根据平行四边形定则用作图工具作出平行
四边形,然后用测量工具测量出合力的大
小、方向,具体操作流程如下:
选
标
度
作F1、F2
的图示
→
作平行
四边形
→ →
用刻度尺量
对角线长度
计算合
力大小
→
用量角器量F
与F1夹角
得出合
力方向
→
2.计算法
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.
以下为求合力的两种特殊情况:
类型 作图 合力的计算
两分力相
互垂直
大 小: F
= F21+F22
方 向:tan θ
=
F1
F2
两分力等大,
夹角为θ
大 小:F =
2F1cos
θ
2
方向:F 与F1
夹角为θ
2
(当 θ =120°
时,F1=F2=
F)
[特别提醒]
(1)在力的合成中分力是实际存在的,每一个
分力都有对应的施力物体,而合力没有与
之对应的施力物体.
(2)合力为各分力的矢量和,合力可以大于两
个分力中的任何一个力,也可以小于两分
力中的任何一个力,还有可能和分力大小
相等.
[例2] 南昌八一大桥是江
西省第一座斜拉索桥,全
长3000多米,设计为双
独塔双索面扇形预应力
斜拉桥,如图所示.挺拔高耸的103米主塔
似一把利剑直刺苍穹,塔两侧的多对钢索连
接主梁,呈扇面展开,如巨型琴弦,正弹奏着
巨龙腾飞的奏鸣曲.假设斜拉桥中某对钢索
与竖直方向的夹角都是53°,每根钢索中的
拉力都是5×104N,那么它们对塔柱形成的
合力有多大? 方向如何? (已知sin53°=
08,cos53°=06)
[尝试解答]
29
物理必修第一册
[规律方法]
(1)作图时,合力、分力要共点,实线、虚线要
分清,标度要唯一且适当.
(2)作图法和计算法均为矢量运算的通用方
法.
◆[跟踪训练]
2.如图所示,两个人共同用力将一个牌匾拉上
墙头.其中一人用了450N的拉力,另一个
人用了600N的拉力,如果这两个人所用拉
力的夹角是90°,求它们的合力.
力的分解(效果分解法)
◆[探究导引]
如图所示,取一根细线,将细线的一端系在
左手中指上,另一端系上一个重物.用一支
铅笔的一端顶在细线上的某一点,使铅笔保
持水平,铅笔的另一端置于手掌心,细线的
下段竖直向下.重物竖直向下拉细线的力产
生什么作用效果?
◆[探究归纳]
1.力的效果分解法的一般思路
2.常见实例分析
实例 产生效果分析
拉力F一方面要使物体沿水
平地面前进,另一方面向上
提物体,因此拉力F 可分解
为水平向前的力F1 和竖直
向上的力F2
物体的重力产生两个效果:
一是使物体具有沿斜面下滑
趋势的分力F1;二是使物体
压紧 斜 面 的 分 力 F2,F1=
mgsinα,F2=mgcosα
球的重力产生两个效果:一
是使球压紧板的分力F1;二
是使球压紧斜面的分力F2.
F1=mgtanα,F2=
mg
cosα
球的重力产生两个效果:一
是使球压紧竖直墙壁的分力
F1;二是使球拉紧悬线的分
力 F2.F1 = mgtanα,F2
= mgcosα
39
第三章 相互作用———力
实例 产生效果分析
物体的重力产生两个效果:
一是使物体拉紧AO 线的分
力F1;二是使物体拉紧 BO
线 的 分 力 F2.F1 = F2
= mg2sinα
质量为m 的物体被支架悬挂
而静止,其重力产生两个效
果:一是拉伸AB 的分力F1;
二是压缩BC 的分力F2.F1
=mgtanα,F2=
mg
cosα
[例3] 如下图所示,重力为G 的物体放在倾
角为α的光滑斜面上,分别被垂直斜面的挡
板(如甲图)和竖直放置的挡板(如乙图)挡
住.根据力的作用效果,试对两个图中物体
的重力进行分解,作出示意图,并求出两分
力的大小.
思路引导:对一个确定的物体所受的力进
行分解时,应考虑实际效果,进行有意义的
分解.
本题中由于挡板的方位不同,重力产生的
两个分力的方向也不同.要注意根据力的
实际作用效果确定两个分力的方向.
[尝试解答]
[规律方法] 按力的作用效果分解时,准确
确定两个分力的方向是关键,作出平行四边
形后常用三角函数、相似三角形等数学知识
求解.
◆[跟踪训练]
3.下图中按力的作用效果分解正确的是
( )
力的分解(正交分解法)
◆[探究导引]
如图所示,人拉物块向前加速运动,请思考:
(1)物块受几个力? 根据平行四边形定则求
这几个力的合力简便吗?
(2)用正交分解法求合力时,如何建立坐标
系让计算时简单?
◆[探究归纳]
1.定义:在许多情况下,根据力的实际作用效
果,我们可以把一个力分解为两个相互垂直
的分力.把力沿着两个选定的互相垂直的方
向分解,叫力的正交分解法.
2.适用情况:适用于计算三个或三个以上力的
合成.
3.步骤
(1)建立坐标系:以共点力的作用点为坐标原
点,直角坐标系x轴和y 轴的选择应使尽
量多的力在坐标轴上.
(2)正交
分解各力:将每一个不在坐标轴上的力分
解到x轴和y 轴上,并在图上注明,用符号
Fx 和Fy 表示,如图所示.
49
物理必修第一册
(3)在图上标出力与x轴或力与y 轴的夹角,
然后列出Fx、Fy 的数学表达式,与两轴重
合的力不需要分解.
(4)分别求出x 轴、y 轴上各力的分力的合
力,即:
Fx=F1x+F2x+
Fy=F1y+F2y+
(5)求共点力的合力:合力大小F= F2x+F2y,
合力的方向与x轴的夹角为α,则tanα=
Fy
Fx
,即α=arctan
Fy
Fx
.
[例4] 在同一平面内共点
的四 个 力 F1、F2、F3、F4
的大 小 依 次 为19N、40
N、30N和15N,方向如
图所示,求它们的合力.
思路引导:应用正交分解将各力先分解,再
合成,在建立坐标系时尽量使各力与坐标
轴的夹角为特殊角.
[尝试解答]
[规律方法]
(1)建立坐标系之前,要对物体进行受力分
析,画出各力的示意图,一般各力的作用
点都移到物体的重心上.
(2)建立坐标系的原则:使尽量多的力落在坐
标轴上,尽量减少分解力的个数.
◆[跟踪训练]
4.(多选)如图所示,重为G 的小孩沿斜面匀
速滑下,小孩受力如图所示,这些力之间的
大小关系是 ( )
A.N=Gcosθ B.f=Gsinθ
C.f+N=G D.G2=N2+f2
◆[课堂小结]
易错点:不能正确处理三个共点力的合力范围
[案例] (多选)有三个力,一个力是12N,一
个力是6N,一个力是7N,则关于这三个力
的合力,下列说法正确的是 ( )
A.合力的最小值为1N
B.合力的最小值为0
C.合力不可能为20N
D.合力不可能为30N
[错解] A
[错因分析] 认为当三个力在一条直线上,
同向时有最大值,反向时有最小值,所以最
大值为25N,最小值为1N,而错选A.
[正解] 可以先将任意两个力求合力,比如
将6N和7N的力求合力,合力的范围是1
~13N,因此如果将这个合力再和12N的
力合成,合力的范围应该是0~25N,所以
选项B、D是正确的.
[答案] BD
[素养警示] 三个共点力的合力范围
(1)最大值:当三个力同向共线时,合力最大,
为三者之和.
(2)最小值:①当任意两个分力之和大于第三
个力时,其合力最小值为零.
②当最大的一个分力大于另外两个分力
的算术和时,其合力最小值等于最大的一
个分力减去另外两个分力的算术和的绝
对值.
59
第三章 相互作用———力
1.(合力与分力的关系)(多选)已知两个分力
的大小为F1、F2,它们的合力大小为F,下
列说法中不正确的有 ( )
A.不可能出现F<F1 同时F<F2 的情况
B.不可能出现F>F1 同时F>F2 的情况
C.不可能出现F<F1+F2 的情况
D.不可能出现F>F1+F2 的情况
2.(力的合成)两个力F1 和F2 间的夹角为θ,
两力的合力为F,以下说法正确的是( )
A.若F1 和F2 大小不变,θ角越小,合力F
就越大
B.合力F总比分力F1 和F2 中任何一个力
都大
C.如果夹角θ不变,F1 大小不变,只要F2
增大,合力F就必然增大
D.若合力F 不变,θ角越大,分力F1 和F2
就越大
3.(力的分解)如图所示,把光滑
斜面上的物体所受重力mg分
解为F1、F2 两个力.图中 FN
为斜面对物体的支持力,则下列说法正确
的是 ( )
A.F1 是斜面作用在物体上使物体下滑的力
B.物 体 受 到 mg、FN、F1、F2 共 四 个 力 的
作用
C.F2 是物体对斜面的压力
D.力 FN、F1、F2 这三个力的作用效果与
mg、FN 这两个力的作用效果相同
4.(力的效果分解法)如图
所示,AB、AC 两光滑斜
面互相垂直,AC 与水平
面成30°.如把球O 的重力按照其作用效果
分解,则两个分力的大小分别为 ( )
A.12G
,3
2G B.
3
3G
,3G
C.23G
,2
2G D.
2
2G
,3
2G
5.(合力大小范围确定)(1)大小分别是30N
和25N的两个力,同时作用在一个物体上,
对于合力F大小的估计最恰当的是 ( )
A.F=55N B.25N≤F≤30N
C.25N≤F≤55N D.5N≤F≤55N
(2)三个共点力 F1=5N、F2=8N、F3=
10N作用在同一个质点上,其合力大小范围
正确的是 ( )
A.0≤F≤23N B.3N≤F≤23N
C.7N≤F≤23N D.13N≤F≤23N
学习至此,请完成第三章第4节
实验:探究两个互成角度的力的合成规律
学习目标 核心素养
1.验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形
定则.
2.进一步练习作图法求两个共点力的合力.
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物理必修第一册