物理必修 第一册第三章 相互作用4 力的合成一等奖ppt课件

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知道共点力、合力、分力、力的合成的概念，知道分力与合力的关系。根据生活情境理解等效替代的思想方法。理解平行四边形定则是矢量合成和分解的普遍法则，学会用平行四边形定则作图、计算求合力，知道力的三角形定则。通过实验探究力的平行四边形定则。
斜拉桥的塔柱两侧有许多钢索，呈对称分布，它们的一端都系在塔柱上，另一端则固定在桥面上。每一对钢索对塔柱的拉力作用在同一点。它们合起来对塔柱的作用效果让塔柱好像受到一个竖直向下的力一样。这样，塔柱便能稳固地伫立在桥墩上，不会因钢索的牵拉而发生倾斜，甚至倒下。
一　几个力可以用一个力来替代
如图所示，一个成年人可以独自提着一桶水，两个小朋友合作也能提着相同质量的一桶水，都能让水桶保持相对静止。那么该成年人的作用力与两个小朋友共同作用力的效果是相同的，可见，一个力和两个力可以等效替代。
1　合力与分力如果力F 的作用效果与力F1 和F2 共同作用的效果相同，我们就称F 为F1 和F2 的合力，F1 和F2 为 F 的分力。2　合力与分力的关系
注意：合力与分力的等效替代强调的是效果相同，而不是物体重新受力。因此在受力分析时，合力与分力不能同时分析。
3 力的合成求几个力的合力的过程叫作力的合成。4　共点力作用于物体上同一点，或者作用在同一个物体上且力的作用线相交于同一点的几个力叫作共点力。（1）如图所示为可视为质点的物体所受共点力的示意图。
静止的物体　　 下滑的物块　　 　　行驶的汽车
（2）有一定长度的物体所受的作用力也可以是共点力，如图所示，三个力的作用线相交于一点。
（3）某个结点O所受的作用力是共点力，如图中的结点O。
说明：共点力中的“点”，可能在物体上，也可能不在物体上，还可能是与物体相关联的某细绳上的一个结点。
二　实验:探究两个互成角度的力的合成规律
1　实验原理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，使之产生同样的作用效果。测出F1、F2和F，比较它们的大小和方向关系，找出其中的规律。
2　实验器材方木板、白纸、弹簧测力计（两只）、橡皮筋、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉（若干）、铅笔。
3　实验步骤（1）在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲所示，用图钉把橡皮筋的一端固定在木板上的A点，在橡皮筋的另一端拴上两个细绳套。
　甲　　　　　　　　乙
（2）用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮筋，将结点拉到某位置O，用铅笔描下结点的位置、细绳的方向，并记录两弹簧测力计的读数。（3）用一个弹簧测力计把橡皮筋的结点拉到同一位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳的方向。（4）如图乙所示，按同样的标度作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示以及一个弹簧测力计的拉力F′的图示，利用刻度尺和三角板，以F1、F2为邻边画出平行四边形，并画出平行四边形的对角线，即合力F。（5）改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复上述实验两次。（6）比较每次F与F′的大小和方向，看它们在实验误差允许范围内是否相同，从而找出互成角度的力的合成规律。
4　实验结论一个弹簧时的拉力F′和作图得到的合力F在误差范围内重合，说明两个力合成时，用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则平行四边形的对角线所代表的力就是合力的大小和方向。5　平行四边形定则如果用表示两个共点力F1 和F2 的线段为邻边作平行四边形，那么合力F 的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示出来，如图所示，这叫作力的平行四边形定则。
6　误差分析（1）弹簧测力计使用前没调零会造成误差。（2）实验中，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与纸面之间有摩擦力会造成误差。（3）橡皮条的结点没有拉到同一位置会造成偶然误差。（4）如果两个分力的夹角太小或太大，F1、F2的数值太小，应用平行四边形定则作图时会造成偶然误差。
三　共点力合成的常用方法
1　作图法从力的作用点起，按同一标度作出两个分力F1和F2的图示，再以F1和F2为邻边作平行四边形，画出过作用点的对角线，量出对角线的长度，计算出合力的大小，量出对角线与某一力的夹角确定合力的方向（如图所示）。
2　计算法（几种特殊情况下共点力的合成）
3　力的三角形定则平行四边形的一半是三角形，在求合力的时候，也可以把表示原来两个力首尾相接，然后再从第一个力的始端向第二个力的末端画一条有向线段，这个有向线段就可以表示原来两个力的合力。这种求合力的方法叫作力的三角形定则。如图所示。
拓展：多个共点力合成的方法
（1）基本方法：先利用平行四边形定则，求出其中两个力的合力F，如图所示，然后再利用平行四边形定则再求这个合力和第三个力的合力F′，以此类推，从而求出最后的合力。（2）巧用分组：同一直线上的力优先分为一组，再对其他力合成。（3）巧用特殊角：比如120°、60°等。（4）巧用对称性：利用力的对称性，找出它们之间的夹角关系，用计算法求解。
例：［多选］三个共点力的大小分别为6 N、8 N、12 N，其合力大小可能是（ 　）A. 4 N　　　　B. 0　　　　C. 15 N　　　　D. 28 N
解析：由于6 N、8 N两个力的合力的大小介于2 N与14 N之间，其合力与12 N的力合成，最小值是0，而最大值为（6+8+12） N=26 N
总结：三个共点力的合力范围：①三个力共线且同向时，其合力最大，为F=F1+F2+F3。②任取两个力，求出其合力的范围，如果第三个力的大小在这个范围之内，则三个力的合力最小值为零；如果第三个力不在这个范围内，则合力最小值等于最大的力减去另外两个力的合力。如三个力的大小分别为1 N、2 N、5 N，则其合力的最大值为8 N，最小值为5 N-（1+2） N=2 N。
1.两个共点力的合力范围
2.三个共点力的合力范围设三个力大小分别为F1、F2、F3。（1）其合力的最大值为Fmax=F1+F2+F3。（2）合力的最小值。①如果三个力中任意一个力的大小在另外两个力的合力范围内，即|F1-F2|≤F3≤F1+F2，则合力最小值为0。②如果不满足①中条件，合力的最小值应为最大的力与另外两个较小的力大小之和的差。
1.［多选］关于F1、F2及它们的合力F，下列说法中正确的是（　　）A.合力F一定与F1、F2共同作用产生的效果相同B.两力F1、F2一定是同种性质的力C.两力F1、F2一定是同一个物体受到的力D.两力F1、F2与F是物体同时受到的三个力
2. 两个大小相等的共点力F1、F2，当它们间的夹角为90°时，合力的大小为20 N；则当它们间的夹角为120°时，合力的大小为（　）A. 40 N　　B. 10 NC. 20 N　　 D. 10 N
3.某物体同时受到同一竖直平面内的三个共点力作用，若这三个共点力大小和方向分别如图甲、乙、丙、丁所示（坐标纸中每格边长表示1 N大小的力），则下列关于该物体受到合力的说法正确的是（　　）
甲　　　 　　　乙 丙　 　丁　
A.甲图中物体所受的合力大小等于7 NB.乙图中物体所受的合力大小等于5 NC.丙图中物体所受的合力大小等于0D.丁图中物体所受的合力大小等于3 N
4.如图所示，一物体受到1 N、2 N、3 N、4 N四个力作用，正沿着3 N力的方向做匀速直线运动，现保持1 N、3 N、4 N三个力的方向和大小不变，而将2 N的力绕O点旋转300°，此时作用在物体上的合力大小为（　　）A.1 N　　 B.2 N　 　　C.3 N　 　D.4 N
5. 小孟同学做“探究求合力的方法”实验。（1）本实验需要用到带细绳套的橡皮筋，图甲中最合适的是　　　　；（2）某次用弹簧测力计拉橡皮筋时弹簧测力计的指针位置如图乙所示，弹簧测力计示数为　　　　N；（3）下列有关该实验的说法中，正确的是　　　　。A.用两个弹簧测力计和用一个弹簧测力计拉时应将橡皮筋结点拉至同一位置B.两分力的夹角越大越好C.弹簧测力计拉伸时应保持和木板平行D.本实验应作出力的示意图来探究合力与分力的关系