4.1 科学探究：力的合成 课件-2025-2026学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

该高中物理课件围绕“力的合成”展开，涵盖共点力、合力分力、等效替代、平行四边形定则及实验探究等核心内容。以“曹冲称象”引入等效替代思想，衔接合力分力概念，通过共点力与非共点力辨析深化理解，再经实验探究合成规律，最终总结定则与计算方法。 其亮点在于以等效替代为主线，结合实验探究（含视频演示）和实例分析，体现科学思维与科学探究。实验步骤详尽，通过作图与计算法比较培养科学推理，帮助学生建立矢量合成的物理观念，教师可借助实例与实验提升教学效率。

第4章 力与平衡 第1节 科学探究：力的合成 曹冲称象 冲曰：“置象于船上，刻其水痕所至。称物以载之（使水面到达刻痕处），则校可知矣。” “等效替代”思想 石头 大象 等效 1.知道合力、分力和力的合成的概念，能体会力的等效替代方法。 2.能完成“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。 3.知道力的平行四边形定则，知道矢量和标量遵循不同的运算法则。 4.会用图解法和计算法求共点力的合力，能运用三角函数、几何关系等数学方法，分析推理力的合成问题。 学习目标 知识点一：共点力的合成 观察图片，图中F与F1、F2的效果有什么关系？ F的作用效果与F1、F2共同的作用效果相同。 新知学习 1.共点力： 2.合力、分力： 如果几个力同时作用在物体上的同一点，或它们的作用线相交于同一点，我们就把这几个力称为共点力。 （1）当物同时受到几个力的作用时，我们可用一个力来代替他们，且产生的作用效果相同。物理学中把这个力称为那几个力的合力，那几个力则称为这个力的分力。 新知学习 3.力的合成： 求几个力的合力的过程称为力的合成。 注意：合力与其分力不能同时作用在物体上。 （2）关系：“等效替代” 说明：在实际问题中，就可以用这个力来代替那几个力，这就是力的等效代替。而不是物体又多受了一个合力。 新知学习 关于合力、分力的注意事项 （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，合力不一定比分力大。它可能比分力大，也可能比分力小，还有可能和分力大小相等。 新知学习 F1 F2 F3 F4 F5 F6 1、以称杆为研究对象 称杆受到的F1、 F2、 F3 这三个力为非共点力。 2、以称盘及里边的物体为研究对象 称盘及里边的物体受到的F4、 F5、 F6这三力为共点力。 O 以后若无特殊说明，我们所说的物体的受力都可以看做共点力。 共点力与非共点力 新知学习 练一练 （多选）下列关于合力与分力的说法中，正确的是（ ） A.合力与分力同时作用在物体上 B.分力同时作用于物体时共同产生的效果与合力单独作用时产生的效果是相同的 C.合力可能大于分力，也可能小于分力 D.当两分力大小不变时，增大两分力间的夹角，则合力一定减小 BCD 新知学习 知识点二：探究两个互成角度的力的合成规律 F2 F1 F O (1)夹角=00 F与F1和F2同向 F1 F2 F O (2) 夹角 =1800 F与较大力方向一致 F1 F2 F2 F1 F=F1+F2 F=|F1-F2| 回顾：同一直线上力的合成 新知学习 同一直线上的二力合成 使用直接加减的方法 同向相加 反向相减 互成角度的两个共点力合成时遵循什么规律？ F合= ？ F1 F2 F2 F1 F O F1 F2 F O 新知学习 实验器材 实验目的 （1）探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系。 （2）学习用等效的思想研究矢量合成的方法。 木板、橡皮筋、细线、弹簧测力计、图钉、白纸、铅笔、刻度尺、三角板 设计实验 新知学习 实验原理与设计 让两个互成角度的共点力F1和F2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F2，产生同样的作用效果。测出F1、F2和F，比较他们的大小和方向，找出其中的规律。 新知学习 13 实验步骤 1.如图(a)所示，在铺有白纸的木板上，将橡皮筋一端用图钉固定于A点，另一端与两细线打一个结点B。两细线分别挂上弹簧测力计。 2.如图(b)所示，分别用力拉两只弹簧测力计，用铅笔标出结点B被拉伸到的位置，记为O点。记下此时两只弹簧测力计的示数F1、F2，并沿两细线标记出力的方向。 新知学习 3．如图(c)所示，用力拉一只弹簧测力计。同样将结点B拉到O处。记下此时弹簧测力计的示数F,并沿细线标记出力的方向。4．用力的图示画出F1、F2及F。 a.拉力不宜过小,两分力夹角稍大点,方便作图。 b. 实验时测力计、橡皮条、细绳应与纸面平行。 c.读数时眼睛应平视弹簧测力计。 注意事项 新知学习 视频演示 新知学习 练一练 在“互成角度的两个力的合成”实验中，用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使它伸长到某一位置O点，已读弹簧测力计的示数，这一步操作中还必须记录的是（ ） A.橡皮条固定端的位置 B.细绳套的长度 C.橡皮条伸长后的总长度 D.记下O点位置和两条细绳套的方向 D 新知学习   在误差允许范围内对角线与合力重合，即对角线就表示F1、F2的合力。 数据分析 根据图示法画出的结果，比较F1、F2和F的大小和方向，并将F1、F2和F的箭头端用虚线连起来，找出F1、F2和F三者的规律。 新知学习 18 误差分析 1.使用时，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩檫力存在会引起系统误差。 2.两次测量拉力时，橡皮筋的结点不可能做到完全拉到同一点而造成偶然误差。 3.两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，作出力的图示求合力时，会造成偶然误差。 F是F1和F2的合力，F1、F2和F满足平行四边形定则关系。  实验结论 新知学习 知识点三：平行四边形定则 以表示互成角度的两共点力的有向线段为邻边作平行四边形，则两邻边间的对角线所对应的这条有向线段就表示这两个共点力的合力的大小和方向。 F1 F2 o F 力——实线 辅助线——虚线 速度、加速度等矢量相加时遵循什么运算法则？ 所有矢量的合成都遵守平行四边形定则 注意：平行四边形定则，只适用于共点力！！ 新知学习 合力的大小与 分力之间有什 么关系？ 当二力同向时： F合=F1+F2（最大） 当二力反向时： F合=|F1-F2|（最大）   合力与分力的大小关系 两个共点力F1、F2大小不变 新知学习 如何求两个以上力的合成？ 两两逐步合成 F1 F2 F3 F4 F12 F123 F1234 新知学习 求合力的方法 例题 F1、F2是共点力，F1=90N,F2=120N, F1与F2夹角900 ，试用计算法求 合力的大小和方向？ F 1 F 2 F O 30N 解：选标度,做力F1、F2的图示,以两力为邻边作平行四边形,如图所示。 用直尺测量，合力的大小为150N；用量角器量得合力F与F1 的夹角为53°。 作图时注意：合力、分力标度相同且共点，实线、虚线要分清 【作图法】作出力的合成图示，由直尺和量角器量出合力的大小和方向 新知学习 解：由几何知识得 设F与F1夹角为 F ∟ 【计算法】作出力的平行四边形，根据几何知识算出F大小和方向 例题 F1、F2是共点力，F1=90N,F2=120N, F1与F2夹角900 ，试用计算法求 合力的大小和方向？ 新知学习 作图法与计算法的比较 (1)作图法的优点是形象直观，缺点是不够精确．作图时应注意采用统一的标度，标出箭头且实线、虚线要分明． (2)计算法的优点是精确．应用计算法时先用平行四边形定则作图，再通过数学知识计算出合力．作图时，尽量通过添加辅助线得到一些特殊的三角形，这样便于计算． (3)计算法求合力时常用到的几何知识 ①应用直角三角形中的边角关系求解，用于平行四边形的两边垂直或平行四边形的对角线垂直的情况； ②应用等边三角形的特点求解； ③应用相似三角形的知识求解，用于力的矢量三角形与实际三角形相似的情况． 规律与方法 新知学习 用三角形定则求合力 由平行四边形定则可推出矢量合成的三角形定则。在求合力时，只要把表示原来两个力的有向线段首位相连，然后从第一个力的始端向第二个力的末端画一条有向线段，这条有向线段就表示原来两个力的合力（图a）。 如果物体收两个以上的力的作用，仍然可以用同样的作图法。把表示所有力的有向线段依次首位相连，这样，从第一个力的始端向最后一个力的末端画出的有向线段就表示所有力的合力（图b）。 图a 图b 拓展一步 新知学习 26 练一练 下列各组共点力中，合力的最小值最小的是（ ） A.5N、7N B.5N、7 N、15 N C.1N、3 N、5 N D.10N、20 N、25N D 新知学习 一、共点力的合成 1.共点力：如果几个力同时作用在物体上的同一点，或它们的作用线相交于同一点，我们就把这几个力称为共点力。 2.合力、分力：当物同时受到几个力的作用时，我们可用一个力来代替他们，且产生的作用效果相同。物理学中把这个力称为那几个力的合力，那几个力则称为这个力的分力。 3.力的合成：求几个力的合力的过程称为力的合成。 二、探究两个互成角度的力的合成规律 实验目的、实验器材、实验原理与设计、实验步骤、数据分析、实验结论 三、平行四边形定则 1.以表示互成角度的两共点力的有向线段为邻边作平行四边形，则两邻边间的对角线所对应的这条有向线段就表示这两个共点力的合力的大小和方向。 2.求合力的方法：作图法、计算法 课堂总结 Lavf57.83.100 $$