第三章 相互作用——力 复习课件-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

相互作用——力复习 同学们，大家好！今天这节课我们一起来复习第三章《相互作用——力》。 1 相互作用——力 复习 复习课我们将从以下三方面展开，首先梳理这一章的知识结构和研究的逻辑线索，然后整理这一章的研究过程中涉及的重要的思想和方法，最后在具体的问题情境中来进行知识和方法的应用与实践。 2 知识结构与逻辑线索 思想与方法 应用与实践 想一想 常见力 力的属性 解决问题 知识结构与逻辑线索 下面我们先进入第一部分，知识结构与逻辑线索。这是这一章的目录，请大家首先回顾一下我们在这一章学习过程的逻辑线索。 这一章的内容我们可以划分为三个主题，【点】第一部分在初中学习的基础上更加深入的研究了三种常见力——重力、弹力和摩擦力，【点】第二部分是对力的属性的研究，【点】第三部分是用前两部分学习的知识解决了一类典型问题——共点力的平衡 如果作图来展示这一章的知识结构，你会怎么做？ 3 相互作用 ——力 重力 弹力 摩擦力 作用力与反作用力的关系 力的合成与分解 平行四边形定则 牛顿第三定律 共点力平衡 条件 分析方法 合成法 正交分解法 知识结构与逻辑线索 有同学做了这样一幅图，我们一起来欣赏一下。这位同学围绕着这一章的核心概念——相互作用力，把这一章的内容分成了三部分，这一点跟刚才我们的梳理是一致的。图中呈现了主干知识和它们之间的关系，简明扼要，非常清晰。当然，这一章涉及的具体的知识点还有很多，同学们可以尝试着作出涵盖内容更加丰富的知识结构图，但是，先掌握主干结构和逻辑线索是非常必要的。 在这一章的学习中同学们一定注意到了，很多知识我们在初中都学习过，高中的学习在原有基础上又对相关知识进行了拓展和深化，对一些问题的认识从定性进阶为定量，从单一到复杂。 4 思想与方法 研究的问题变得复杂了，就更需要我们掌握正确的解决问题的方法，比如对物体进行受力分析的方法、力的运算的方法、共点力平衡问题的分析方法等等。同学们在进行知识总结的同时也要关注对方法的总结。 5 解决问题 的方法 受力分析 力的合成与分解 共点力平衡问题 受力分析 思想与方法 进行受力分析是解决力学问题时非常重要的步骤。在前面的学习中，老师总是强调受力分析时要按重力、弹力、摩擦力的顺序进行分析，你是不是理解这一建议呢？ 6 重力 弹力 摩擦力 1 2 3 受力分析顺序 思想与方法 在对重力、弹力、摩擦力的学习中，我们研究了力的产生原因，梳理了力的产生条件，这对研究物体受力来说是非常重要的，因为这是我们判断某个力是否存在的重要依据。从力的产生条件角度看，重力需要满足的条件最简单，只要物体物体处于地球表面附近即可，我们研究的大多数问题情境都来源于生活，研究对象大多在地球上，一般情况下都会受到重力作用；摩擦力需要的条件比弹力更复杂，而且两个相互接触的物体之间如果没有弹力作用，也不会在接触部位产生摩擦力。【点】因此在受力分析时应该遵循重力、弹力、摩擦力的顺序进行。 7 力的产生条件 重力：由于地球的吸引而使物体受到的力。 弹力：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用。 摩擦力：两个相互接触的物体，当它们相对滑动（或有相对运动趋势）时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动（或相对运动趋势）的力。 二力平衡条件 多个共点力 平衡条件 特殊 一般 力的合成 思想与方法 在这一章，我们还研究得到了共点力平衡的条件。根据力的产生条件是否具备，我们可以判断这个力是否存在，根据物体所受合力是否为0，我们可以判断物体是否可以处于平衡态，【点】这样的推理过程是逻辑推理中常见的根据因果关系进行推理，条件就是原因。 在对共点力平衡条件的研究中，【点】我们从熟悉的二力平衡条件推理得到了多个共点力作用下的平衡条件，【点】完成了由特殊到一般的推理过程。 这个推理过程中非常关键的步骤是【点】通过力的合成将多个共点力作用的问题转化为两个力作用的问题，这其中包含了一种重要的思想方法——等效替代的思想。 8 因果关系 力的产生条件 共点力平衡条件：合力为0 等效替代思想 力的合成 力的分解 思想：等效替代 分力 、、 … 合力 思想与方法 力的合成过程是用一个力的作用替代几个力共同的作用，反过来，力的分解过程是用几个力共同的作用替代一个力的作用。能够实现替代的前提是一个力单独作用的效果与几个力共同作用的效果是相同的，这就是等效替代的思想。 等效替代的思想在很多方面都有体现，你能举几个例子吗？ 9 等效替代思想 北京→重庆 不同的交通工具 不同的路径 思想与方法 还记得我们在学习位移概念时讨论过从北京到重庆的问题，选择不同的交通工具，会经过不同的路径，但是都可以实现从北京到重庆的位置变化，所以从位置变化的效果看，这些不同的方式之间是可以替代的。 10 等效替代思想 有色蔬菜 Vc含量/[mg·(100g)-1] 西红柿 11.90 胡萝卜 11.68 菠菜 30.68 青椒 59.86 成人每日Vc需求量约100 mg 有色蔬菜 质量/g 方案1 方案2 方案3 西红柿 0 200 100 胡萝卜 0 200 0 菠菜 100 200 200 青椒 100 0 50 思想与方法 我们再来看一个生活中的例子。这是农业专家测量得到的几种蔬菜的维生素C的含量，单位是毫克每100克，【点】成人每日维生素C的需求量约100mg，如果我们仅通过食用这几种蔬菜来获取维生素C的话，为了达到每日需求量，可以有不同的组合方式，但是我们知道不同的蔬菜其他成分也是不同的，因此，这几种组合只在维生素C含量这一方面是可以替代的。 这几个例子提示我们，在使用等效替代的方法时一定要弄清楚在具体问题中“等效”中的“效”指的是哪方面的效果。 11 矢量及其运算法则 思想与方法 在对力的合成和分解的研究中我们发现力的运算规则与质量、时间这些物理量不同，这样我们就进一步完善了矢量和标量概念的认识，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做矢量，而只有大小，没有方向，相加时遵从算术法则的物理量叫做标量。 在解决问题时分清标量和矢量是非常重要的。 12 △ 思想与方法 矢量及其运算法则 目前我们学习过的物理量中力、位移、速度、加速度这四个物理量是矢量，运算时要使用平行四边形定则。使用平行四边形定则进行运算的关键是根据物理意义确定物理量与平行四边形的边和对角线的对应关系。 13 △ 的差等于△ 的和等于 邻边 对角线 思想与方法 矢量及其运算法则 例如，【点】根据初速度、末速度、速度变化量的物理意义，我们知道速度变化量等于末速度与初速度的差，【点】那么末速度就等于初速度与速度变化量之和，【点】因此初速度和速度变化量是平行四边形中的两条邻边，【点】而末速度是平行四边形的对角线。 14 共点力平衡问题 合成法：用两个力的合力和第三个力平衡的方法求解。 正交分解法：把物体所受的力在两个互相垂直的方向上分解，每个方向上合力都为0。 思想与方法 根据平行四边形定则，我们将共点力平衡的条件在具体问题中用合成法或是正交分解法进行表达，将合力为0的条件转化为具体可以运算的表达式，将复杂的问题简单化。 15 观察 测量 思想与方法 在这一章的学习过程中我们完成了一些有关力的实验研究，研究过程中我们遵循科学探究从定性到定量研究的思路，定性研究主要通过观察和体会，而定量研究则需要通过测量。比如，对弹簧弹力与形变量关系的研究，我们先通过拉伸弹簧体会弹力与形变量之间的定性关系，然后设计实验、进行测量，通过分析数据得到弹力与形变量成正比的定量结论。 16 科学探究 定性研究 定量研究 力的测量方法 任务1. 简述弹簧测力计的工作原理。 思想与方法 这一章我们的学习主题是相互作用——力，所以在实验研究中经常需要测量力，实验室中常用的测量力的仪器是弹簧测力计，你能简单的叙述一下弹簧测力计的工作原理吗？ 这个问题对大家来说一定不难。【点】弹簧测力计是根据胡克定律设计的测力仪器。根据弹簧弹力与形变量成正比的定量关系，可以将力的大小转化为弹簧形变量的大小。让弹簧原长时指针的位置指在刻度尺的0刻度处，将刻度尺上的长度值标记为对应的力的大小，这样就制成了一个可以直接测量力的工具了。 17 任务2. 简述以下实验情境中用弹簧测力计测量各种力的原理。 测量重力 测量滑动摩擦力 测量静摩擦力 思想与方法 这些实验中我们都使用了弹簧测力计。这是初中做过的研究物体所受重力与物体质量之间的关系的实验，【点】在这个实验中要用弹簧测力计测量钩码的重力；这是探究影响滑动摩擦力大小因素的实验，【点】在实验中我们用弹簧测力计测量滑动摩擦力的大小；这是研究静摩擦力大小随拉力变化的实验，【点】在实验中我们用弹簧测力计测量静摩擦力。这些实验中我们都使用了弹簧测力计，如何用测力计来测量这些力？测量的原理相同吗？请大家思考。 18 平衡条件 G F 钩码处于静止状态 F = G 思想与方法 有同学注意到了，这些实验中我们都是根据平衡条件来实现测量的。 【点】研究物体所受重力与物体质量之间的关系的实验，用弹簧测力计悬挂钩码，【点】当钩码处于静止状态时，弹簧弹力大小等于重力大小，【点】这样就把对重力的测量转化为了对弹簧弹力的测量。 19 平衡条件 木块匀速运动 F = Ff G FN F Ff 思想与方法 在探究影响滑动摩擦力大小因素的实验中，用弹簧测力计沿水平方向拉木块，使木块在木板上匀速运动，【点】木块处于平衡状态，拉力大小等于滑动摩擦力的大小，【点】这样就将对滑动摩擦力的测量转化为弹簧弹力的测量。 20 平衡条件 木块处于静止状态 F = Ff G FN F Ff 思想与方法 研究静摩擦力大小随拉力变化的实验中，用弹簧测力计沿水平方向拉木块，【点】木块静止的情况下，拉力大小等于静摩擦力大小，【点】所以弹簧测力计的示数就可以表示静摩擦力的大小。 21 重力 滑动摩擦力 静摩擦力 钩码静止 木块匀速运动 木块静止 弹力 平衡条件 实验原理 实验操作 思想与方法 在三个实验中用弹簧测力计测量了不同的力，但是测量原理都是相同的，【点】都是根据平衡条件，将想要测量的力的大小转化为弹簧弹力的大小【点】。 【点】理清了实验原理，我们就能更好的理解实验操作的要求了【点】。可见，对实验原理的准确理解是非常重要的，在今后学习中大家一定要重视这一点。 22 力的测量方法 力传感器 思想与方法 在这一章的实验研究中我们还用到一种测量力的仪器——力传感器，传感器的优点不仅仅是测量更加精确，更重要的是可以进行实时采集，并且将数据用图像的方式呈现在计算机屏幕上，非常直观。比如在研究静摩擦力随拉力变化的实验中，我们清晰地看到了静摩擦力随拉力在逐渐增大，并且存在一个最大值，在探究作用力与反作用力的关系的实验中，【点】利用传感器不仅仅可以研究静止状态下的作用力与反作用力的关系，也能很方便的研究运动状态下相互作用力的大小关系。那力传感器的测量原理是什么？有兴趣的同学可以在课后通过查阅资料来了解。 23 问题1. 在春节等传统节日中我们经常要悬挂灯笼来装点节日气氛。如图所示，用绳OB将灯笼悬于O点，若要使灯笼静止于图中虚线所示位置，可以有哪些方法？这些方法需要在A点额外施加的力有什么不同？请通过作图和计算具体说明。已知灯笼的重力为G，OA与竖直方向夹角为45°。 O B A 45° 应用与实践 下面我们进入应用与实践环节，用这章学到的知识来解决两个问题。 问题1，在春节等传统节日中我们经常要悬挂灯笼来装点节日气氛。如图所示，用绳OB将灯笼悬于O点，若要使灯笼静止于图中虚线所示位置，可以有哪些方法？这些方法需要在A点额外施加的力有什么不同？请通过作图和计算具体说明。已知灯笼的重力为G，OA与竖直方向夹角为45°。 请同学们自己先试试。 24 O B A P F´ 方案1 如图所示，用与OA等长的绳子AP系于A点，在A点施加斜向右上方的拉力 根据共点力平衡的条件和三角函数关系可知： F2 F1 F=G 45° 应用与实践 一位同学的方案是用与OA等长的绳子AP系于A点，在A点施加斜向右上方的拉力，这种情况下AP绳上的力是多大呢？通过上节课的学习大家应该有解决这类问题的经验了。 以A点作为研究对象，它受到三段绳子的拉力，【点】处于平衡状态。竖直向下的拉力F大小等于灯笼的重力，OA和AP绳上的拉力F1和F2的合力与F大小相等、方向相反，根据平行四边形定则作图【点】。AP与OA长度相等，根据几何关系可以知道它们与竖直方向的夹角也是相等的，根据题目已知条件可以知道，夹角都是45°，【点】根据三角函数关系，可以得到F2=F’sin45°，解得F2= 25 O B A P F2 F=G F1 F´ 方案2 如图所示，用沿水平方向的绳子AP系于A点，在A点施加水平向右的拉力 根据共点力平衡的条件和三角函数关系可知： 45° 应用与实践 另一位同学想到的方案是用沿水平方向的绳子AP系于A点，在A点施加水平向右的拉力。【点】用相同的方法可以作出A点受力示意图和力的平行四边形。【点】根据共点力平衡的条件和三角函数关系可得F2=G 26 O B A P F2 F=G F1 方案2 O B A P F2 F=G F1 F´ 方案1 问题：什么情况下AP 绳上的力最小？ 应用与实践 我们看到在刚才两位同学的方案中，在A点施加了不同方向的力都实现了题目的要求，但是所需要的力的大小是不同的。能够使灯笼静止在虚线位置的方案还有很多，【点】那么哪种方案需要施加的力最小呢？同学们可以课后继续研究。 27 当这三个力的合力为0时，小孩能在滑板上获得一定速度后匀速滑下，则斜面的高度即为所要求的滑梯的高度。 为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？ 应用与实践 接下来我们来回顾一下上节课分析过的设计滑梯的问题。为了求解能使儿童在滑板上滑下的滑梯的最小高度，我们对儿童在滑梯上的运动建立了匀速运动的模型，根据共点力平衡条件和三角函数关系建立了方程，进行求解。 28 问题2. 体重不同的儿童都能沿着滑梯匀速下滑吗？ 应用与实践 最后，老师还提出了一个问题，我们设计好的滑梯高度、水平跨度以及滑板表面的材料都是一定的，那么体重不同的儿童都能沿着滑梯匀速下滑吗？讨论这个问题的时候，我们暂时忽略裤子材料引起的差别，认为滑板和儿童裤料之间的动摩擦因素是定值。 对于这个问题你课后思考了吗？ 29 不能。因为重力越大，重力沿斜面向下的分力F1也越大，所以，如果体重较轻的儿童可以匀速下滑，体重较重的儿童就不能匀速下滑。 可是，重力越大，重力垂直斜面向下的分力F2也越大，支持力和摩擦力也会越大。 应用与实践 我们来看看同学们的想法。【点】一位同学认为体重不同的儿童不可能都沿着滑梯匀速下滑。因为重力越大，重力沿斜面向下的分力F1也越大，所以，如果体重较轻的儿童可以匀速下滑，那么体重较重的儿童就不能匀速下滑。你同意他的观点吗？ 【点】有同学提出了疑义，她说重力越大，重力垂直斜面向下的分力F2也越大，支持力和摩擦力也会越大。想判断是否能匀速下滑似乎并不容易。 30 分析 设质量为m的儿童可以匀速下滑，其重力G = mg 根据共点力平衡的条件和直角三角形中三角函数关系可知： 在 x 轴方向上 Ff = F1= mg sinq 在 y 轴方向上 FN = F2= mg cosq 由于 Ff = μFN 可求得 应用与实践 看来定性分析确实不能解决问题，下面我们尝试进行定量分析。【点】我们以能沿着滑梯匀速下滑的儿童作为研究对象，将他的质量设为m，那么重力G = mg，儿童受到三个力的作用，重力、支持力和摩擦力，沿平行和垂直于斜面两个方向建立直角坐标系，把重力G沿两坐标轴方向分解为F1和F2，【点】根据共点力平衡的条件和直角三角形中三角函数关系可以分别列出x轴和y轴方向上的关系式，【点】根据滑动摩擦力和支持力的关系可求得动摩擦因数=tan 这个结果可以说明什么？我们发现这个结果中不包含表示儿童质量的字母m，可见以上关系式的成立是与m无关的，也就是任何质量的儿童在滑梯上运动时都满足以上关系式。 31 分析 质量为m的儿童 mg sinq =m mg cosq 即对任何质量的儿童均满足 F1 = μFN= Ff 所以，体重不同的儿童都能沿着这个滑梯匀速下滑 质量为m′的儿童 m′g sinq =m m′g cosq 应用与实践 也就是说【点】当动摩擦因数=tan 时，【点】对质量为m的儿童有mg sinq =m mg cosq，【点】质量为m´的儿童 也满足相同的关系式，【点】也就是对任何质量的儿童都满足 F1 = μFN= Ff，【点】所以体重不同的儿童都能沿着这个滑梯匀速下滑。 32 课堂小结 相互作用 ——力 重力 弹力 摩擦力 力的合成与分解 平行四边形定则 牛顿第三定律 共点力平衡 条件 分析方法 合成法 正交分解法 作用力与反作用力的关系 最后，我们再简单回顾一下这一章的内容，这一章围绕相互作用这一核心概念，对三种常见力、作用力与反作用力的关系、力的合成与分解的方法进行了深入的学习，利用这些基本知识，我们找到了解决共点力平衡问题的方法。 在学习这些知识的同时，我们的科学思维和科学探究的能力也得到了发展。 33 受力分析 根据因果关系进行推理 共点力平衡 由特殊到一般的推理 力的合成与分解 等效替代的思想 科学探究 根据实验原理理解实验操作 课堂小结 在对物体进行受力分析的过程中我们练习了根据因果关系进行推理的方法，在探究共点力平衡条件的过程中，我们经历了由特殊到一般的推理，进行力的合成与分解是等效替代思想的应用，对实验进行回顾的过程中我们体会到了理清了实验原理，有助于更好的理解实验操作的要求。这些思维上的训练与收获会对后续的学习大有帮助，同学们在进行复习总结时一定要重视。 这节课就上到这里，同学们再见！ 34 $