高中人教版 (2019)4 力的合成和分解完美版ppt课件

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3.4力的合成和分解 第三章 相互作用——力
人教版高中物理 必修一
自然界的物体不是孤立存在的，它们之间具有多种多样的相互作用。正是由于这些相互作用，物体在形状、运动状态等许多方面会发生变化。如何来研究这些相互作用呢？在力学中，物体间的相互作用抽象为一个概念——力（frce）。在研究物体做机械运动时，最常见的力有重力、弹力和摩擦力，本章研究这几种常见力的特点和规律。
1.理解合力和分力的概念，初步体会等效替代的物理思想。（物理观念）2.通过实验探究，了解求合力的方法——力的平行四边形定则，知道它是矢量运算的普遍规则。（科学探究）3.理解力的分解是力的合成的逆运算，会用正交分解法求解有关问题。（物理观念）4.区别矢量和标量，了解三角形定则与平行四边形定则的关系。（物理观念）
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？
一、共点力、合力和分力
（一）共点力定义：几个力如果都作用在物体的 ，或者它们的作用线 ，这几个力叫作共点力。
下面我们先研究共点力的合成。
两个共点力一定在同一平面内，但多个共点力不一定在同一平面内。
生活中常常见到这样的事例：一个力的单独作用与两个或者更多力的共同作用，其效果相同。例如，两个小孩分别用力F1、 F2共同提着一桶水，水桶静止（图3.4-1甲）；一个大人单独向上用力F也能提着这桶水，让水桶保持静止（图3.4-1 乙）。
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（图3.4-2甲），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F1 和F2，也能产生使吊灯保持静止的效果（图3.4-2 乙）。
（二）合力和分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 ，这个力就叫作那几个力的 。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 。图3.4-1中的F是F1和F2的 ，图3.4-2乙中的F1和F2是F的 。
2.合力和分力的关系:合力与分力是 上的一种 关系。
指合力与各分力总的作用效果相同。
合力的作用效果与几个分力的共同作用效果可以相互替代,但合力与分力不是同时存在的。
1.力的合成：求几个力的合力的过程叫作 。
理解：①力的合成的实质是找一个力去替代作用在物体上的几个已知的力，而不改变其作用效果。②只有同一物体受到的力才能合成。③力的合成结果是唯一的。④在力的合成中，作用在物体上的每一个力都有对应的施力物体，而合力只是一种效果上的替代,实际上并不存在。
理解：①力的分解结果不是唯一的。②把一个力分解成两个分力，这个力和它的两个分力仅是一种等效替代关系，不能认为在这两个分力的方向上有两个施力物体。③一个力可以分解为两个分力，这两个分力也可以合成为这一个力，力的合成和分解互为逆运算。
2.力的分解：求一个力的分力的过程叫作 。
根据 的思想，将橡皮条的一端固定，另一端挂一轻质小圆环，用两个力F1、F2，使小圆环到达某一点，撤去F1、F2，后再用一个力F作用于小圆环，使其到达 ，那么F与F1、F2，的作用效果 ；记下F1、F2的大小和方向,画出各个力的 ,就可以研究F与F1、F2的关系了。
（1）实验桌上 一块方木板，然后在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在方木板上。（2）用图钉把橡皮条的一端固定在板上的G点，把轻质小圆环挂在橡皮条的另一端，如图甲所示。（3）用两个 分别拉动小圆环，使橡皮条伸长，小圆环到达某一位置O，如图乙所示。用铅笔记下O点 和弹簧测力计拉力的 ，并记下两个弹簧测力计的 ，即拉力大小。
两拉力的夹角适当大一些。（不宜太大，也不宜太小）。
（4）只用 弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使它处于O点，如图丙所示。记下拉力方向，读出弹簧测力计的读数。（5）改变两个力F1和F2的 ，再做几次实验。
（1）实验过程中在使用弹簧测力计时，要注意使弹簧测力计与木板平面平行。（2）选用的橡皮条应富有弹性，能发生弹性形变，同一次实验中，橡皮条拉长后，小圆环的位置必须保持不变。（3）在满足合力不超过弹簧测力计的量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应该使拉力尽量大一些，以减小实验中的误差。
在上述实验中，如果把图3.4-3乙和图3.4-3丙的操作顺序对调，即先用拉力F把圆环拉到O点，再用拉力F1 和F2共同拉圆环产生相同效果，则F1和F2就是F的 ，这就变成了“ ”的实验。由于各个力的数据都没有改变，因此，力的分解 遵从平行四边形定则。
需要指出的是，如果没有限制，对于同一条对角线，可以作出 个不同的平行四边形（图3.4-5）。也就是说，同一个力 F 可以分解为无数对大小、方向 的分力。一个已知力究竟应该怎样分解，要根据具体问题来确定。
如果两个以上的共点力作用在一个物体上， 应用平行四边形定则求出它们的合力。先求出任意两个力的合力，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进去，最后得到的结果就是 的合力。
力的合成，可以认为是力的 。二力相加时，不能简单地把两个力的大小相加，而要按 来确定合力的 。
1.平行四边形定则两个力合成时，如果以表示这两个力的有向线段为 作平行四边形，这两个邻边之间的 就代表合力的大小和方向这个规律叫作平行四边形定则。如图所示，F即表示F1，与F2的合力。
应用平行四边形定则时注意四点:①分力、合力的作用点是同一点，切忌弄错了表示合力的对角线。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，并要在这三条线上加上箭头，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。
2.三角形定则和多边形定则如图甲所示,两力F1、F2合成为F的平行四边形，可演变为图乙，我们将图己称为 合成图，即将两分力F1、F2 （有箭头的叫尾，无箭头的叫首），则F就是由F1的首端指向F2的尾端的有向线段所表示的力。
与平行四边形定则的实质是一样的，都是矢量的运算法则。
我们曾经学过位移。一个人从A 走到B，发生的位移是 ，又从B 走到C（图3.4-7），发生的位移是 。在整个运动过程中，这个人的位移是 ，AC是 。如果平行地移动矢量 BC，使它的始端B与第一次位移的始端 A 重合，于是我们看到，两次表示位移的线段构成了一个平行四边形的一组邻边，而表示合位移正是它们所夹的对角线AC（图3.4-8）。所以说，位移合成时 遵从平行四边形定则。
如果是多个力合成，则由三角形定则推广可得到 ，如图丙1所示为三个力F1、F2、F3的合成图，F为其合力。若图丙中F1、F2、F3，正好组成闭合矢量三角形，如图丙2则F1、F2、F3三个力的合力为 。
3.矢量和标量（1）矢量: 大小 方向，相加时遵从 的物理量叫作矢量。如 等。（2）标量: 大小， 方向,相加时遵从 的物理量叫作标量。如 等。