3.4 力的合成和分解 课件-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

第三章 相互作用——力 3.4 力的合成和分解 导入新课 一个静止的物体，在某平面上受到5个力作用，你能判断它将向哪个方向运动吗？ 如果我们能找到一种方法，即“用一个力的单独作用替代两个力的共同作用，而效果不变”，上述问题就迎刃而解了。你觉得这个力和被替代的两个力会有怎样的关系呢？ 几个力如果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。 合力和分力 生活中常常见到这样的事例：一个力的单独作用与两个或者更多力的共同作用，其效果相同。 例如，两个小孩分别用力F1、F2共同提着一桶水，水桶静止（图甲）；一个大人单独向上用力F也能提着这桶水，让水桶保持静止（图乙）。 水桶所受拉力示意图 吊灯所受拉力示意图 一盏吊灯悬吊在天花板上保持静止，悬线对吊灯的拉力是F（图甲），若用两根线共同悬挂吊灯，悬线上端分别固定在天花板的左右两处，线的拉力是F1和F2，也能产生使吊灯保持静止的效果。 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。 F是F1和F2的合力 F1和F2是F的分力 力的合成和分解 力的合成：求几个力的合力的过程。 合成 力的分解：求一个力的分力的过程。 分解 F1 F2 同一直线上力的合成 F合=F1+F2（最大） 两个分力同向相加 F1 F2 F合=F1-F2（最小） 两个分力反向相减 同一直线上力的合成 探究两个互成角度的力的合成规律 如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE。在图乙中，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使它处于O点（图丙）。力F单独作用，与F1、F2 共同作用的效果是一样的，都能使小圆环保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同，即橡皮条对小圆环的拉力相同，所以F等于F1、F2的合力。 探究二力合成规律实验示意图 我们要探究的是：合力F与F1、F2有什么关系？ 1. 由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2 和F（三个力的方向沿着各自拉线的方向，三个力的大小由弹簧测力计读出）。 2. 三个力的大小和方向有什么关系？我们用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2 的箭头端连接，能看到所围成的形状像是一个平行四边形（图丁），但这只是猜想。 3.用作图工具进行检验，并改变拉力F1和F2的大小和方向，重做上述实验，检验所围成的图形是不是平行四边形。 注意事项: ①使用时弹簧秤先校零，与板面平行。 ②在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差。 ③画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外。要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力。 ④在同一次实验中，橡皮条拉长的结点O位置一定要相同。 通过多次的实验探究我们会发现，求两个力的合成，如果以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，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。 在上述实验中，如果把图乙和图丙的操作顺序对调，即先用拉力F把圆环拉到O点，再用拉力F1、和F2共同拉圆环产生相同效果，则F1、和F2就是F的分力，这就变成了“探究力的分解规律”的实验。由于各个力的数据都没有改变，因此，力的分解也遵循平行四边形定则。 F 需要指出的是，如果没有限制，对于同一条对角线，可以作出无数个不同的平行四边形。也就是说，同一个力F可以分解为无数对大小、方向不同的分力。 一个已知力究竟应该怎样分解，要根据具体问题来确定。 O 一个已知力究竟应该怎么样分解？ 重力产生的效果 使物块沿斜面下滑 使物块紧压斜面 θ F2 F1 θ mg F F1 F2 向上提 向前拉 按力的作用效果来分解 如果两个以上的共点力作用在一个物体上，也可以应用平行四边形定则求出它们的合力。先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。 F1 F2 F3 F4 F12 F123 F1234 【例题】某物体受到一个大小为32 N的力，方向水平向右，还受到另一个大小为44 N的力，方向竖直向上。通过作图求出这两个力的合力的大小和方向。 【解析】 选择某一标度，例如用1cm长的线段表示10 N的力。 根据题意，作出二力合成的平行四边形。表示F1的有向线段长3.20 cm，表示F2的有向线段长4.40 cm。用刻度尺测量后得知，表示合力F的对角线长为5.44 cm，则 F＝5.44 cm×10 N/cm＝54.4 N 用量角器测得合力F与力 F1 的夹角为54°。 合力的大小为54.4 N，方向与力F1的夹角为54°。 作图时的注意事项： （1）合力、分力要共点，实线、虚线要分清 （2）合力、分力的标度要相同，作图要准确 （3）对角线要找准 （4）力的箭头别忘画 ①当θ＝0°时，F＝F1＋F2 （相加，合力与分力同向，最大） ②当θ＝180°时，F＝｜F1－F2｜ （相减，合力与分力中较大的力同向，最小） ④合力的取值范围，｜F1－F2｜≤F≤ F1＋F2 ③当θ＝120°时，F＝F1=F2（相等） 互成角度的两个力求合力大小 最小 最大 力的合成，可以认为是力的相加。二力相加时，不能简单地把两个力的大小相加，而要按平行四边形定则来确定合力的大小和方向。 矢量和标量 我们曾经学过位移。一个人从A走到B，发生的位移是AB，又从B走到C，发生的位移是BC。在整个运动过程中，这个人的位移是AC，AC是合位移。 如果平行地移动矢量BC，使它的始端B与第一次位移的始端A重合，于是我们看到，两次表示位移的线段构成了一个平行四边形的一组邻边，而表示合位移正是它们所夹的对角线AC。所以说，位移合成时也遵从平行四边形定则。 A B C 对于多个力的合成，可以先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。 F3 F2 F1 逐次合成法 多个力的合成 对于多个力的合成，可以先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。 F3 F2 F1 F12 逐次合成法 多个力的合成 对于多个力的合成，可以先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。 F3 F2 F1 F12 F123 逐次合成法 多个力的合成 小结 1. 合力与分力的关系是“等效替代”。 2. 平行四边形定则：不在一条直线的两个力的合成时，以表示这两个力的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。 3. 合力与分力的大小关系: （1）合力大小范围︱F1 - F2︱≤F≤F1 + F2合力不一定比分力大 （2）在两个分力F1、F2大小不变的情况下， 两个分力的夹角越大，合力越小。 （3）合力不变的情况下，夹角越大，两个等值分力的大小越大。 矢量和标量 既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则的物理量叫作矢量。 只有大小，没有方向，相加时遵从算术法则的物理量叫作标量。 除了力和位移以外，速度、加速度都是矢量。在我们学过的物理量中，质量、路程、功、电流等都是标量。 当堂练习 有两个力，一个是10N，一个是2N，它们的合力有可能等于5N、10N、15N吗？合力的最大值是多少？最小值是多少？ 解：由合力的取值范围，｜F1－F2｜≤F≤ F1＋F2 最小 最大 所以:｜10－2｜≤F≤10＋2 8N≤F≤12N 所以，它们的合力有可能等于10N，不可能等于5N和15N，合力的最大值是12N，最小值是8N。 完成课后相关练习 谢谢观看 谢谢观看 $