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与分解展开，涵盖合力分力、共点力、平行四边形定则及矢量标量等核心知识。通过“成年人与两名同学提水”的生活实例设问，衔接初中同一直线力的合成，引导学生建立等效替代的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，设计分组实验探究平行四边形定则，含猜想、步骤、数据记录及误差分析，培养科学思维与探究能力。结合斜面重力分解、斜拉木箱等实例，渗透相互作用观念，课堂小结系统梳理知识体系。学生能提升实验操作与问题解决能力，教师可直接应用于教学，提高效率。

3.4力的合成和分解 人教版（2019）高中物理 必修第一册 第三章 相互作用——力 1.理解合力、分力的概念，体会等效替代的物理思想。 2.通过实验探究归纳力的平行四边形定则，能运用定则完成简单的力的合成计算。 3.掌握按实际作用效果分解力的基本方法，理解力的分解是力的合成的逆运算。 4.能区分矢量与标量，知道二者运算法则的核心差异。 一桶水由一位成年人单手提起，水桶静止悬在空中；同样一桶水由两名同学分别拉住桶两侧的提绳，共同提起，水桶同样保持静止。 两种情况下，水桶都保持静止，作用效果是否相同？ 从受力角度看，第一种情况水桶受到几个拉力？第二种情况受到几个拉力？ 既然作用效果相同，这一个力和两个力之间能不能相互替代？ 一、合力和分力 一、合力和分力 （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一点，这几个力叫作共点力。 一、合力和分力 （二）合力和分力 1.合力：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。 2.分力：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。 一、合力和分力 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，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，线的拉力是和，也能产生使吊灯保持静止的效果 合力 分力 一、合力和分力 初中我们学过，同一直线上的两个力，同向相加、反向相减。如果两个同学的拉力互成角度，不再沿同一直线，合力大小还等于两个分力直接相加吗？ 这就是本节课要解决的核心问题。我们将通过分组实验，探究互成角度的两个力遵循怎样的合成规律。 9 二、力的合成和分解 二、力的合成和分解 （一）力的合成 1.核心概念：等效替代思想 等效替代是物理学重要的研究方法，“等效”指的是作用效果完全相同，不是力的大小相等。 合力与分力是效果上的等价替换关系，不能同时作用在物体上。受力分析时，分析了分力就不能再分析合力，反之亦然。 即时辨析：物体同时受到两个分力和一个合力的作用。 错误，合力与分力是替代关系，不是同时存在的真实受力。 二、力的合成和分解 2.力的合成和分解 在物理学中，我们把求几个力的合力的过程叫作力的合成，把求一个力的分力的过程叫作力的分解。 二、力的合成和分解 3.分组实验：探究互成角度的二力合成规律 （1）实验猜想与方法讨论 猜想，互成角度的两个力合成，合力的大小和方向可能和分力构成什么几何图形？ 我们用什么方法保证一个力和两个力的作用效果相同？ 让橡皮筋伸长到同一位置，形变量相同则作用效果相同。 二、力的合成和分解 （2）实验原理与器材介绍 实验原理：利用橡皮筋的形变等效替代力的作用效果。两次拉伸橡皮筋，使结点到达同一位置O，则两次拉力的作用效果完全相同。第一次两个弹簧测力计的拉力为分力，第二次一个弹簧测力计的拉力为合力。 二、力的合成和分解 实验器材：方木板、白纸、橡皮筋、两个弹簧测力计、细绳套、图钉、刻度尺、量角器。 实验方法：等效替代法、作图法。 二、力的合成和分解 （3）实验步骤 ①固定装置：用图钉将白纸平整固定在方木板上，再用图钉将橡皮筋一端固定在木板边缘的O点，橡皮筋另一端拴上两根细绳套。 ②二分力拉伸：用两个弹簧测力计分别勾住细绳套，互成一定角度拉橡皮筋，将结点拉到纸面上的某一位置，标记为O点。 ③记录信息：保持结点不动，同时记录两个弹簧测力计的示数，沿两根细绳方向在纸上各描一个点，标记两分力的方向。 二、力的合成和分解 ④合力等效拉伸：撤去一个弹簧测力计，用一个弹簧测力计拉细绳套，再次将结点精确拉到同一位置O点，记录此时测力计的示数和细绳方向。 ⑤作图验证：选定合适的标度，在白纸上分别作出两个分力和合力的力的图示。用虚线连接合力箭头与两个分力箭头，观察图形形状。 ⑥重复验证：改变两个分力的夹角（分别取约60°、90°、120°），重复实验两次，验证规律是否普遍成立。 二、力的合成和分解 操作注意事项强调： ①弹簧测力计使用前调零，拉伸时沿轴线方向，避免摩擦； ②结点O位置必须完全重合，保证效果等效； ③描点时视线正对纸面，尽量减小方向误差； ④标度选取要合理，使力的图示大小适中。 二、力的合成和分解 （4）实验数据记录 实验次数 分力/N 分力/N 两分力夹角 实测合力 F/N 作图后对角线对应的力/ N 1 3.0 3.0 60° 5.2 约5.2 2 3.0 3.0 90° 4.2 约4.2 3 3.0 3.0 120° 3.0 约3.0 二、力的合成和分解 （4）实验成果展示与交流 大家作出的图形是什么形状？合力在图形的什么位置？ 近似平行四边形，合力是两个分力所夹的对角线。 二、力的合成和分解 不同夹角下，这个规律都成立吗？ 都成立。 为什么大家作出的平行四边形不是绝对标准的？误差来源可能有哪些？ 弹簧测力计读数误差、方向描点偏差、橡皮筋自身弹性、细绳摩擦等。 二、力的合成和分解 （5）规律总结：平行四边形定则 实验表明，在两个力合成时，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。这个规律叫作平行四边形定则。 平行四边形定则是所有矢量的普遍运算法则，不仅适用于力，也适用于位移、速度等所有矢量。 二、力的合成和分解 1 . 如图所示，在完成“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，下列说法正确的是（ ） A．实验时，必须用相同的弹簧测力计来进行实验 B．实验时，绳子尽量长才能保证力测量更准确 C．在实验过程中，OB、OC方向一定要保持相互垂直 D．完成一组实验后，现在换用不同的拉力F₁、F₂来重复上面的实验，O点的位置可以与上一组实验中O点的位置不同 D 二、力的合成和分解 3.合力与分力的大小关系深度探究 ①夹角θ=0°（同向）：合力最大，=+，方向与两分力同向； ②夹角θ增大：合力逐渐减小； ③夹角θ=90°（垂直）：=； 二、力的合成和分解 ④夹角θ=120°：若两分力大小相等，合力大小等于分力大小； ⑤夹角θ=180°（反向）：合力最小，=∣∣，方向与较大力同向。 总结： ①合力取值范围： ②两分力大小不变时，夹角越大，合力越小； ③合力可以大于、小于、等于任意一个分力。 ∣∣≤≤+ 二、力的合成和分解 易错辨析： 1.合力一定大于每一个分力。 （ ） 2.两个大小不变的力，夹角越大合力越小。 （ ） 3.合力的方向一定与较大分力方向相同。 （ ） × 由平行四边形对角线决定 ✔ × 2 . 两个共点力，大小分别是 3N 和 5N ，则它们的合力大小可能是（ ） A．1N B．3N C．9N D．12N B 二、力的合成和分解 （二）力的分解 1.力的分解的基本规律 力的合成是已知分力求合力，那么反过来，已知一个力求它的分力，叫做什么？ 力的分解。 力的分解遵循什么定则？为什么？ 平行四边形定则，因为分解是合成的逆运算。 二、力的合成和分解 同一条对角线，可以作出无数个不同的平行四边形。 这说明什么？ 如果没有限制，一个力可以分解成无数组分力。 那实际问题中我们怎么分解？ 按力的实际作用效果分解，分解才有唯一确定的解。 二、力的合成和分解 2.典型实例探究 实例1：斜面上物体重力的分解 将一物块轻放在斜面上，物块沿斜面下滑，同时压紧斜面。 v θ 二、力的合成和分解 重力竖直向下，为什么物块会沿斜面运动？重力产生了哪些作用效果？ 一个效果是使物体沿斜面下滑，另一个效果是使物体压紧斜面。 所以我们应该沿哪两个方向分解重力？ 沿平行于斜面和垂直于斜面两个方向。 板演作图，推导公式： 平行斜面分力（下滑分力）：=___________ 垂直斜面分力（压斜面分力）： =________ θ θ Gsin⁡θ Gcos⁡θ 二、力的合成和分解 拓展思考：斜面倾角θ增大时，两个分力如何变化？ 下滑分力增大，压斜面分力减小。 联系生活：陡坡上物体更容易下滑，就是因为下滑分力更大。 α α 二、力的合成和分解 实例2：水平面上斜拉物体的拉力分解 工人斜向上拉水平地面上的木箱。 斜向上的拉力产生了哪些作用效果？ 使木箱向前运动，同时把木箱向上提，减小对地面的压力。 所以沿哪两个方向分解？ 水平方向和竖直方向。 规范分解： 水平分力：=__________，产生前进动力； 竖直分力： =_______，减轻对地面的压力。 F 这种沿两个互相垂直方向分解力的方法，叫做正交分解法，是后续受力分析最常用的方法。 Fcos⁡θ Fsin⁡θ θ 3 . 关于力的分解，下列叙述正确的是（　　） A．分力一定小于合力 B．任何一个力都只有一种分解情况 C．10N的力可以分解为8N和6N的两个分力 D．10N的力可以分解为16N和4N的两个分力 C 课本例题：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:选择某一标度，例如用1 cm 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（图3.4-6）。表示的有向线段长3.20 cm，表示的有向线段长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与力的夹角为54°。 合力的大小为54.4 N，方向与力的夹角为54°。 三、矢量和标量 三、矢量和标量 梳理总结： 物理量类型 定义 运算法则 举例 矢量 标量 既有大小，又有方向 只有大小，没有方向 平行四边形定则 代数加减法则 力、位移、速度 质量、路程、温度 4 . 下列物理量求和，需要用到平行四边形法则的是（　 　）（多选） A．速度 B．时间 C．力 D．加速度 ACD 课堂小结 3.4力的合成和分解 一、核心思想：等效替代 合力＜＝＞分力（效果等价，不同时存在） 二、力的合成 1.平行四边形定则：邻边为分力，对角线为合力 2.合力范围：∣𝐹1−𝐹2∣≤𝐹合≤𝐹1+𝐹2 3.规律：两分力大小不变，夹角越大，合力越小 三、力的分解（合成的逆运算） 1.分解原则：按实际作用效果分解 2.典型实例： ①斜面重力分解：平行斜面、垂直斜面 ②斜拉拉力分解：水平、竖直（正交分解） 四、矢量与标量 矢量：平行四边形定则 标量：代数加减 本节内容结束！ $