高中物理第三章 相互作用——力1 重力与弹力授课课件ppt

这是一份高中物理第三章 相互作用——力1 重力与弹力授课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了合力和分力，力的合成和分解，合力与分力的大小关系，矢量和标量，典例分析等内容，欢迎下载使用。

平行四边形定则的应用与拓展
生活中，很多力作用在一个物体上的情况较为常见。
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？
两个力的作用效果＝一个力的作用效果
两个小孩与一个大人同样提起一桶水
多个力的作用效果＝一个力的作用效果
一根绳子与两根绳子同样可以使灯静止于同一位置
以前我们在哪里也用过 “等效”思想
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，这个力就叫做那几个力的合力（resultant frce）。
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（cmpnent frce）。
(1)等效性：合力的作用效果与分力的共同作用效果相同，它们在效果上可以相互替代。“等效替代”(2)同体性：各个分力是作用在同一物体上的，分力与合力为同一物体，作用在不同物体上的力不能求合力。(3)瞬时性：各个分力与合力具有瞬时对应关系，某个分力变化了，合力也同时发生变化。
作出结点A的受力示意图
作出重物BC的受力示意图
B C
几个力都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点。
在圆圈处，你发现几个力有何特点？
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。
非共点力：力不但没有作用在同一点上，它们的延长线也不能相交于一点
【例题】 (多选)下列关于几个力与其合力的说法中，正确的是(　 　)A.合力的作用效果跟原来几个力共同作用产生的效果相同B.合力与原来那几个力同时作用在物体上C.合力的作用可以替代原来那几个力的作用D.不同性质的力不可以合成
由合力和分力的关系可知，选项A正确；合力和分力是等效替代关系，它们不能同时存在，选项B错误，C正确；力能否合成与力的性质无关，选项D错误。
力的合成:求几个力的合力的过程叫做力的合成。（力的分解：求一个力的分力的过程叫做力的分解）
说明：力的合成就是找一个力去代替几个已知力，而不改变其作用效果。
F=5N + 10N=15N
F=10N – 5N=5N
同一直线上两个力的合成
想一想：3N和4N的两个共点力，它们的合力是多少?
如图，当F1、F2 互成一定角度时，它们的合力大小还等于F1+F2 吗?
利用两只弹簧测力计、一个钩码。根据下面的示意图做实验，比较F和F1+F2 的关系，你有何发现？
互成角度的力该怎样求合力?
探究两个互成角度的力的合成规律
1.如何确定力的大小？2.如何确定力的方向？3.怎样保证合力与分力等效？4.怎样才能直观的看出合力与分力的关系？
实验器材：方木板、白纸、图钉（几个）、弹簧秤（两个）、橡皮条、细绳套两个、刻度尺。
两个力合成时，以表示这两个力的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，这个规律叫做平行四边形定则。
注意：力用实线，辅助线用虚线！
也适用于位移、速度、加速度等矢量的合成。
1．位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．2．角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大。3. 与木板平行：拉橡皮筋时要使弹簧称与木板平面平行。4．尽量减少误差(1)在合力不超出量程及橡皮条弹性限度内的前提下，测量数据应尽量大一些．(2)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套方向画直线，应在细绳套两端画个投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向．5．统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。
【例题】力F1＝45 N，方向水平向右. 力F2＝60 N,方向竖直向上.求这两个力的合力F 的大小和方向 .
大小: F = 15×5 N= 75 N
方向:与F1成53°斜向右上方
因作图等原因，可能导致该种方法得到的结果误差较大。
①选取同一标度，用力的图示，从力的作用点起，分别作出两个分力F1、F2的图示；②以表示F1、F2的线段为邻边作出平行四边形，从而得到两分力F1、F2所夹的平行四边形的对角线，即表示合力F；③用刻度尺量出该对角线的长度，根据选取的标度计算合力的大小；再量出对角线与某一分力的夹角，表示合力的方向；④当分力的个数多于两个时，可先作出任意两个分力的合力，再将这个合力依次与其他分力合成，最终求出所有分力的合力。
作图法求合力注意事项①分力、合力的作用点相同，切忌弄错表示合力的对角线；②分力、合力的比例要一致，力的标度要适当；③虚线、实线要分清，表示分力和合力的两条邻边和对角线画实线，并加上箭头，平行四边形的另两条边画虚线；④求合力时既要求出合力的大小，还要求出合力的方向，不要忘了用量角器量出合力与某一分力间的夹角．
方法二：计算法（一般适用于两力的夹角比较特殊的情况）
方向：斜向右上方与F1成
1.多个力（三个及三个以上力）的合成方法
说明：（1）求多个力的合力时，与求解顺序无关。（2）几个力的合力只有一个，是唯一的。
先求两个力的合力，再求出这个合力与第三个力的合力，以此类推，直到把所有力合为一个力，得到总合力。
平行四边形的邻边平移后，两个共点力首尾相接，从一个力的始端指向另一个力的末端，这个有向线段就是合力。
物体受三个力处于平衡态：平移后构成封闭矢量三角形
【例题】如图所示，5个力同时作用于一点，5个力大小和方向相当于正六边形的两条边和三条对角线，已知F1＝10 N，则这5个力的合力的大小为 (　　)A.30 N　　　B.40 N C.50 N D.60 N
解析：如图所示，F1与F3箭头相连后形成以F1和F4为邻边的平行四边形，F3为所夹的对角线(即F1与F4的合力为F3)，同理可知，F2与F5的合力也为F3，故5个力的合力等于3倍的F3，又F3等于2倍的F1，则5个力的合力等于6F1＝60 N，D正确。
【例题】如图所示，AB是半圆的直径，O为圆心，P点是圆上的一点，在P点作用了三个共点力F1、F2、F3.若F2的大小已知，则这三个力的合力为(　　)A.F2 B.2F2 C.3F2 D.4F2
(1)表示三个共点力的有向线段首尾相接,如果能围成闭合的三角形,如图所示,则这三个力的合力一定为零。(2)表示多个共点力的有向线段首尾相接,从第1个力的始端指向最后1个力的末端的有向线段代表合力的大小和方向,如图所示。如果这些力首尾相接围成一个闭合的多边形,则其合力一定为零。
【三角形定则的两个推论】
已知力F1=30N、F2=40N，用作图法求出他们之间的夹角θ=0、60、90、150、180时合力F的大小，并试着总结合力F与θ之间有什么样的关系？
θ= 0时，F= 70N
θ=60时，F= 60N
θ=90时，F= 50N
θ=150时，F=20N
θ=180时，F=10N
讨论1：两个分力大小不变，但夹角不同时的合力
思考：合力是否一定比分力大？
合力与分力间夹角θ关系：
①θ＝0°时，即F1、F2共线同方向： Fmax＝F1＋F2 合力方向与两个力的方向相同
②θ＝180°时，即F1、F2共线反方向： Fmin＝｜F1－F2｜ 合力方向与分力F1、F2中较大的方向相同。
④合力的取值范围：｜F1－F2｜ ≤ F合≤ F1＋F2
③若0° ≤ θ ≤ 180°时，夹角θ越大，合力F就越小；夹角θ越小，合力F就越大 F合随F1和F2的夹角θ增大而减小（若合力F一定，夹角θ 越大，分力也越大）
⑤ F合可能大于、等于、小于 F1、F2（合力可能大于、等于、小于任一分力）
计算法求合力（设分力F1、F2大小不变，夹角为θ）
4、当θ为任意角时，一般公式
3、当θ=1200，且F1=F2时
由等边三角形得：F=F1=F2
F与F1夹角tanα=F2sinθ/(F1+F2csθ)
①合力一定时，两等大分力大小随夹角增大而增大②当夹角为120°时，合力F=F1=F2
讨论2：合力一定时，两等大分力随夹角如何变化？
一个分力不变，另一个分力增大时,合力可能增大,可能减小,可能不变
讨论3：一个分力不变，另一个分力增大时,合力一定增大吗？
【例题】 (多选)两个共点力F1、F2大小不同，它们的合力大小为F，则( ) A.F1、F2同时增大一倍，F也增大一倍B.F1、F2同时增加10 N，F也增加10 NC.F1增加10 N，F2减少10 N，F一定不变D.若F1、F2中的某一个增大，F不一定增大
F1、F2同时增大一倍，F也增大一倍，选项A正确；F1、F2同时增加10 N，F不一定增加10 N，选项B错误；F1增加10 N，F2减少10 N，F可能变化，选项C错误；若F1、F2中的一个增大，F不一定增大，选项D正确。
②任取两个力，求出其合力的范围;如果第三个力在这个范围之内，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之和。
讨论3：三个共点力合成后的范围？
①三个力共线且同向时，其合力最大，等于F1＋F2＋F3
例：F1=30N，F2=40N，F3=80N，则三个力的合力最大值是______,三个力的合力最小值是______。（若F3=80N 改为F3=60N ，又是多少）
【例题】(多选)物体同时受到同一平面内的三个力作用，下列几组力中，它们的合力可能为零的是 (　 　)A.5 N、7 N、8 NB.2 N、3 N、5 NC.1 N、5 N、10 ND.1 N、10 N、10 N
三个力合力为0时，则任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反，由此可知，任意一个力在另外两个力的合力范围之内。5 N和7 N的合力范围为：2～12 N,8 N在合力范围里，故三个力的合力可能为0；2 N和3 N的合力范围为：1～5 N,5 N在合力范围里，故三个力的合力可能为0；1 N和5 N的合力范围为：4～6 N,10 N不在合力范围里，故三个力的合力不可能为0；1 N和10 N的合力范围为：9～11 N,10 N在合力的范围里，故三个力的合力可能为0。故选A、B、D。
矢量：既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则（或三角形定则）的物理量。如：力、位移、速度、加速度等
标量：只有大小没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量。如：时间，路程，质量，温度，长度，能量，速率等
三角形定则与平行四边形定则实质一样
把两个矢量首尾相接从而求出合矢量的方法叫做三角形定则
【典例1】假设一座斜拉桥中某对钢索与竖直方向的夹角都是30°，每根钢索中的拉力都是3×104 N，则它们对塔柱的合力大小和方向为（　　）A．5.2×104 N，方向竖直向上B．5.2×104 N，方向竖直向下C．5.2×102 N，方向竖直向上D．5.2×102 N，方向竖直向下
【典例】两个共点力F1和F2的大小不变，它们的合力F与两分力F1、F2之间夹角θ的关系如图，则合力F大小的变化范围是（　　）A．0~1 NB．1~3 NC．1~5 ND．1~7N
【典例3】（2022·辽宁·阜蒙县育才高级中学高三开学考试）如图所示，有5个力作用于同一点O，表示这5个力的有向线段恰好构成一个正六边形的两邻边和三条对角线，已知F1＝10 N，则这5个力的合力大小为（　　）A．50 N B．30 NC．20 N D．10 N
【典例4】（2022·四川·盐亭中学模拟预测）如图甲所示，射箭时，释放箭的瞬间若弓弦的拉力为100N，对箭产生的作用力为120N，其弓弦的拉力如图乙中F1和F2所示，对箭产生的作用力如图中F所示，则弓弦的夹角α应为（ ）（　　）A．53° B．127°C．143°D．106°
【典例5】如图所示，物体静止于光滑水平面M上，力F作用于物体O点，现要使物体所受的合力沿虚线OO′方向（F和OO′都在M水平面内），那么，必须同时再加一个力F′，那么F′这个力的最小值是（    ）A．FcsθB．FsinθC．FtanθD．Fctθ
【典例6】两个力F1和F2间的夹角为 θ（θ≠180°），其合力为F。以下说法正确的是（　　）A．合力F总比力F1和F2中的任何一个都大B．若力F1和F2大小不变，θ角越小，则合力F就越大C．若夹角θ不变，力F1大小不变，F2增大，则合力F一定增大D．合力F的作用效果与两个力F1和F2共同产生的作用效果相同
【典例7】如图1所示，是“探究两个互成角度的力的合成规律”实验装置图，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细线的结点，OB和OC为细线。实验时，第一步用两只弹簧测力计同时拉OB和OC；第二步只用一只弹簧测力计拉OB，此时弹簧测力计示数如图2所示。（1）图2中弹簧测力计读数为___________N；
【典例】某同学用如图（a）所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”，实验步骤如下：①用两个弹簧测力计互成角度地拉细绳套使橡皮条伸长，结点到达某一位置，记为O；②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，及记下F1、F2的方向；③只用一个弹簧测力计将结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3；④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3的图示；⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F； ⑥比较F3和F的一致程度。（1）步骤③中有一个重要遗漏是___________________。
【典例8】（2）他在操作过程中有如下看法，其中正确的是______。A．拉橡皮条时弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行B．两个拉力的夹角越大越好C．橡皮条弹性要好，使结点到达某一位置O时，拉力要适当大一些D．拉橡皮条的绳细一些、长一些，可以减小实验误差（3）该同学在坐标纸上画出了如图（b）所示的两个分力F1和F2，用图中小方格的边长表示2.0 N，则两个力的合力F=_______。