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

该高中物理课件围绕“力的合成和分解”展开，涵盖共点力、合力与分力、平行四边形定则、力的分解及矢量标量等核心知识。通过提水、吊灯悬挂的生活情景导入，引出等效替代思想，搭建从生活现象到物理概念的学习支架，衔接共点力定义、合成法则与分解方法的逻辑脉络。 其亮点在于以实验探究（科学探究）验证平行四边形定则，结合按实际效果分解力（如斜面重力分解）和正交分解法（科学思维），强化相互作用观念（物理观念）。例题与随堂练习结合，小结系统梳理知识，助力学生深化理解，教师可高效开展教学。

力的合成和分解 人教版高中物理必修第一册 | 第三章 第四节 1.7.2013 大家好，欢迎来到今天的物理课堂。今天我们将一起学习第三章第四节的内容——力的合成与分解。这节课我们将探索一个非常重要的物理思想——等效替代，并掌握一个核心的物理法则——平行四边形定则。让我们一起走进力的世界，看看如何将复杂的力变得简单。 ‹#› 新课导入：从生活走进物理 情景一：提水的智慧 两个小孩用两个力 F₁、F₂ 共同提起一桶水，水桶保持静止；而一个大人仅用一个力 F 单独提起同一桶水，水桶同样静止在原地。 情景二：吊灯的悬挂 一盏吊灯，既可以用一根竖直的绳子悬挂，此时绳子产生一个拉力 F；也可以用两根互成一定角度的绳子共同悬挂，此时两根绳子分别产生拉力 F₁ 和 F₂。无论哪种方式，吊灯都稳稳地挂在那里。 核心思想：等效替代 1.7.2013 在上课之前，我们先来看两个生活中的场景。第一个场景，两个小孩提水，和一个大人提水，都能让水桶静止。第二个场景，一盏吊灯，无论是用一根绳子还是两根绳子悬挂，都能保持静止。大家有没有发现，这两个例子中，都存在一种“效果相同”的情况？这就是物理学中非常重要的“等效替代”思想，也是我们今天学习力的合成与分解的出发点。 ‹#› 一、共点力 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同一点，这几个力就叫做共点力。 作用于同一点 多个外力直接施加在物体的同一个物理位置上，所有力的作用点完全重合。 作用线相交于同一点 力的实际作用点分散在物体的不同位置，但将各力的作用线向两端进行延长后，所有线条会相交于空间中的某一个共同点。 1.7.2013 首先我们来看共点力的定义。共点力有两种情况：一种是几个力都作用在物体的同一个点上；另一种是虽然力的作用点不同，但它们的作用线延长后会相交于同一点。我们本章研究的主要就是共点力的合成与分解问题。 ‹#› 二、合力与分力 1.定义：如果一个力的作用效果与几个力共同作用的效果完全相同，那么这个力就叫做那几个力的合力，这几个力就叫做那个力的分力。 2.关系：等效替代 易错警示： 在对物体进行受力分析的同一过程中，不能同时出现合力和分力。 （1）等效性（2）同体性（3）瞬时性 三、力的合成 1.概念：求几个力的合力的过程叫作力的合成。 F1 （1）同一直线上的二力合成 F F2 同向: F= F1+F2 F1 F2 F 反向： F= F1-F2 F1 F2 F （2）互成角度的两个共点力怎样计算合力呢？ 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 2、实验器材 方木块、白纸、弹簧称(两个) 、橡皮条、细绳、三角板、刻度尺、图钉 1、实验原理 合力的作用效果与几个分力共同作用的效果相同。 3、实验步骤： （1）在桌面上固定一个贴有白纸的方木板，用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点，在橡皮筋的另外一端拴上两条细绳，细绳的另外一端是绳套。 （2）用两个弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，结点达到某一位置Ｏ。 （3）作出两个力Ｆ1和Ｆ2的图示。 （4）只用一只弹簧秤，把橡皮筋的结点拉到相同的位置Ｏ点，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，作出这个力Ｆ的图示。 在实验误差允许的范围内，两个力的合力为以这两分力为邻边作出的平行四边形的对角线。 4、实验结论： 5N 3N 4N E O 1N 平行四边形定则 内容： 两个力合成时，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。 通用的矢量运算工具 不仅是力的合成法则，更适用于速度、加速度等所有矢量的合成与分解。 1.7.2013 平行四边形定则的内容是：将两个分力作为平行四边形的邻边，那么从共同起点出发的对角线就代表了合力的大小和方向。我们可以用一个简单的口诀来记忆：“共起点，作邻边，画对角线，指合力”。这个定则不仅适用于力的合成，也适用于力的分解，是物理学中非常重要的矢量合成法则。 ‹#› 应用平行四边形定则做力的图示时注意： ①分力、合力的起点相同 ②分力、合力的标度一致 F2 F1 ③虚、实要分清，力画实线，辅助线画虚线 ④求合力时既要得出合力的大小，又要说明力的方向 平行四边形法则的应用 1．求合力的方法： （1）作图法（力的图示法） 合力大小： 合力方向： F＝15×5 N＝75 N 与F1成53°斜向右上方 ① ② ③ ④ 1．求合力的方法： （2）计算法（三角函数、勾股定理等） （1）合力最大: F=F1+F2(夹角为0, 两个分力方向相同) （2）合力最小: F=︱F1 - F2︱ (夹角为180，两个分力方向相反) （3）合力的大小范围: ︱F1 - F2︱ ≤ F ≤ F1 + F2 2.二力合成的合力范围： 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。 （4）合力可能大于、等于、小于任一分力 F1 F2 F3 F4 3．多力合成的方法 F12 F123 F1234 先求出两个力的合力，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。 【例1】关于两个共点力的合力跟两个分力的大小关系，下列说法中正确的是 （ ） A．合力的大小一定大于它的任意一个分力的大小 B．合力的大小一定等于它的两个分力的大小之和 C．合力可以比两个分力都大，也可以比两个分力都小 D．合力的大小不可能与它的分力大小相等 C 【例2】下列几组同一平面内的三个共点力中，它们的合力不可能为零的是（ ） A．3N、3N、5N B．2N、5N、10N C．5N、6N、7N D．6N、8N、10N 【答案】B 四、力的分解 力的分解： 在物理学中，我们把求一个力的分力的过程叫作力的分解。 力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循平行四边形定则。 按实际作用效果分解 分析力对物体产生的实际效果，以此确定分力的方向。例如斜面上物体的重力，通常分解为沿斜面向下的分力和垂直于斜面的分力。 正交分解法 将所有力分解到两个互相垂直的坐标轴上。 1.7.2013 学习了力的合成，我们自然要学习它的逆运算——力的分解。现在我们进入第三部分，探讨力的分解方法。 ‹#› θ 水平向前拉物体 竖直向上提物体 的两个作用效果 θ θ F1=Gsinθ F2=Gcosθ G θ θ F2 F1 重力G的作用效果： ①使物体沿斜面向下滑； ②使物体垂直向下压紧斜面 θ G F2 F1 重力产生的效果 使物体紧压挡板 使物体紧压斜面 正交分解法 正交分解法是将一个力分解为相互垂直的两个分力的方法。将复杂的矢量几何运算转化为坐标轴上的代数运算。 01 建立坐标系 选取合适的x-y直角坐标系，通常以物体运动方向或未知力方向为轴，以减少矢量分解的工作量。 02 分解各力 将研究对象所受的每一个外力，严格按照平行四边形定则分解到选定的x轴和y轴上，得到对应分量。 03 求轴上合力 分别对x轴和y轴上的所有分力进行代数求和，计算出两个坐标轴方向上的合成分量 Fₓ合 与 Fᵧ合。 04 求总合力 利用勾股定理计算总合力的大小，再通过三角函数关系确定合力的方向，最终完成问题的求解。 1.7.2013 当物体受到多个力作用时，用平行四边形定则会非常繁琐。这时，我们可以使用一种更强大的工具——正交分解法。它的核心思想是建立一个直角坐标系，把所有力都分解到坐标轴上，然后在每个轴上进行简单的代数加减，最后再合成总合力。这种方法将复杂的矢量问题转化为了简单的代数问题，非常高效。 ‹#› F1 F2 F3 x y O F2y F1y F3y F3x F1x F2X 正交分解步骤： ①建立xoy直角坐标系 ②沿x轴和y轴将各力分解 ③分别求xy轴上的合力FX合、FY合 ④ 如果处于平衡状态 FX合= Fy合= F1x+F3x-F2X F1y+F2y-F3y FX合=0 FY合=0 F合=0 如果处于非平衡状态 【例3】如图，质量为m的物体在一恒力作用下沿水平路面做匀速直线运动。恒力与水平方向夹角为θ（0°＜θ＜90°），物体与路面间动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则恒力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】 对物体受力分析如图： 水平方向由平衡条件得：Fcosθ﹣f＝0，竖直方向由平衡得：Fsinθ+mg＝FN，又f＝μFN， 联立解得：F＝ 五、矢量与标量 标量 Scalar 只有大小而没有方向的物理量。运算时遵循常规的代数法则，只需对数值进行加减乘除即可。常见的标量包括温度、质量、时间、体积、功等。 矢量 Vector 既有大小又有方向的物理量。运算时需遵循矢量运算法则（如平行四边形定则）。矢量的方向往往代表了物理过程的趋势，常见的矢量有力、速度、位移、加速度等。 核心区别与物理意义 矢量与标量是物理学中最基础的分类方式。理解这一区别，是我们后续学习牛顿运动定律、电磁学等内容的基石。标量描述的是“量的多少”，而矢量不仅描述了“量的多少”，更描述了“变化的方向”。在解决实际物理问题时，正确区分物理量的性质，才能选择正确的计算方法，得出符合客观规律的结论。 1.7.2013 最后，我们来学习一个重要的物理概念分类——矢量与标量。这有助于我们更深刻地理解力的本质。 ‹#› 矢量 (Vector) 既有大小又有方向，且相加时遵从平行四边形定则的物理量。这是矢量区别于其他量的本质特征。 核心特征 双重属性缺一不可，运算需遵循几何法则，不能简单代数叠加。 典型实例 力、位移、速度、加速度、动量、电场强度等。 标量 (Scalar) 只有大小没有方向，相加时遵从常规算术法则的物理量。只需数值即可完整描述其物理意义。 核心特征 单一数值属性，运算遵循普通的代数加减法，结果唯一。 典型实例 质量、长度、时间、温度、能量、功、路程等。 1.7.2013 矢量和标量是物理学中两个基本的概念。矢量，顾名思义，像箭一样，既有大小又有方向，而且它的运算要遵循平行四边形定则。我们今天学习的力就是典型的矢量。而标量，只有大小，没有方向，运算时直接加减就可以了，比如质量、时间。记住，判断一个量是不是矢量，不仅要看它有没有方向，更要看它的运算法则。 ‹#› 1.如图所示为两个共点力的合力F随两分力的夹角 变化的图象，则这两个分力的大小可能为（　 　） A． 1N和4N B．2N 和3N C． 1N和5N D． 2N和4N B 随堂练习： 2.一体操运动员倒立并静止在水平地面上，下列图示姿势中，假设两手臂用力大小相等，那么沿手臂的力F最大的是(　　) 将人所受的重力按照效果进行分解，由于大小方向确定的一个力分解为两个等大的力时，合力在分力的角平分线上，且两分力的夹角越大，分力越大，因而C图中人最费力，A、 D图中人最省力，故C正确。 C 3.已知两个力的合力F=10 N,其中一个分力F1=16 N,则另一个分力F2可能是(　　) A.1 N B.3 N C.5 N D.7 N 答案:D 解析:两个力的合力大小为10 N,若其中一个分力大小为16 N,则另一个分力的大小应在6 N≤F≤26 N范围内,只有选项D符合要求。 小结： 感谢观看 1.7.2013 今天的课程到这里就结束了。我们学习了力的合成与分解的核心概念、平行四边形定则以及分解方法。希望大家课后能多加练习，真正掌握这些知识。感谢大家的聆听！ ‹#› $