人教版 (新课标)必修14 力的合成优秀导学案及答案

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4　力的合成学 习 目 标知 识 脉 络1.知道合力、分力、力的合成、共点力等概念．2．掌握力的平行四边形定则，并知道它是矢量运算的普遍规则．(重点)3．会应用做图法和计算法求合力的大小．(难点)4．体会合力与分力在作用效果上的等效替代思想．(重点) 合力　分力　共点力1．合力与分力如果一个力作用在物体上产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，原来的几个力叫做分力．2．共点力如果一个物体受到两个或更多力的作用，这些力共同作用在物体的同一点上或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫做共点力．1．合力与分力是同时作用在物体上的力．(×)2．合力产生的效果与分力共同产生的效果一定相同．(√)3．可以用合力代替分力．(√)4．共点力不一定作用在同一物体的同一点．(√)六条狗可以将雪橇拉着匀速前进，一匹马也可以将该雪橇拉着匀速前进，以上情境中分力和合力分别是由什么动物施加的？【提示】　六条狗各自的拉力是分力，是由狗施加的；马的拉力为合力，是由马施加的．探讨1：如图3­4­1甲所示，把物块挂在一个弹簧测力计的下面，稳定时弹簧测力计的示数为F；如图乙所示，用两个弹簧测力计(方向不同)拉住同一物块，稳定时弹簧测力计示数分别为F1、F2.F与F1、F2有什么关系？F1、F2两个数值相加正好等于F吗？甲            乙图3­4­1【提示】　作用效果相同，可以等效替代．不等于．探讨2：两个分力F1和F2的合力什么情况下最大？最大值为多少？【提示】　两个分力F1和F2的方向相同时合力最大，最大值为F1＋F2.1．合力与分力的三性 2．合力与分力间的大小关系当两分力F1、F2大小一定时，(1)最大值：两力同向时合力最大，F＝F1＋F2，方向与两力同向；(2)最小值：两力方向相反时，合力最小，F＝|F1－F2|，方向与两力中较大的力同向；(3)合力范围：两分力的夹角θ(0°≤θ≤180°)不确定时，合力大小随夹角θ的增大而减小，所以合力大小的范围是：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.3．三个力合力范围的确定(1)最大值：当三个力方向相同时，合力F最大，Fmax＝F1＋F2＋F3.(2)最小值：①若其中两个较小的分力之和(F1＋F2)≥F3时，合力的最小值为零，即Fmin＝0；②若其中两个较小的分力之和(F1＋F2)<F3时，合力的最小值Fmin＝F3－(F1＋F2)．(3)合力的取值范围：Fmin≤F≤F1＋F2＋F3.1．(多选)已知两个分力的大小为F1、F2，它们的合力大小为F，下列说法中不正确的是(　　)A．不可能出现F<F1同时F<F2的情况B．不可能出现F>F1同时F>F2的情况C．不可能出现F<F1＋F2的情况D．不可能出现F>F1＋F2的情况【解析】　如果F1与F2大小相等，方向相反，则其合力为零，既小于F1又小于F2，故A错误；如果F1、F2同向，则合力F＝F1＋F2，既大于F1又大于F2，故B错误；合力F的范围为|F1－F2|≤F≤F1＋F2，因此，C错误，D正确，所以不正确的选项为A、B、C.【答案】　ABC2．两个共点力F1和F2的合力大小为6 N，则F1与F2的大小可能是(　　) 【导学号：57632053】A．F1＝2 N，F2＝9 NB．F1＝4 N，F2＝8 NC．F1＝1 N，F2＝8 ND．F1＝2 N，F2＝1 N【解析】　两力合成时，合力范围为：|F1－F2|≤F≤F1＋F2，A中合力为7 N≤F≤11 N，B中合力为4 N≤F≤12 N，C中的合力为7 N≤F≤9 N，D中的合力为1 N≤F≤3 N，故B正确．【答案】　B3．已知三个分力的大小依次为3 N、5 N、9 N，关于这三个分力的合力大小，下面给出了四个值：①0 N　②1 N　③5 N　④18 N．其中可能的是(　　)【导学号：57632054】A．只有②③ B．只有①②③C．只有②③④ D．只有①②④【解析】　三个共点力的方向都相同的时候合力最大，所以最大值为3 N＋5 N＋9 N＝17 N；3 N和5 N合力的范围是2 N≤F≤8 N,9 N不在这个范围内，所以合力的大小不可以为零，所以合力的最小值为1 N．由于三个力的合力范围是1 N≤F合≤17 N，故A正确，B、C、D错误．【答案】　A关于合力、分力的两个注意事项(1)在力的合成中分力是实际存在的，每一个分力都有对应的施力物体，而合力没有与之对应的施力物体．(2)合力为各分力的矢量和，合力不一定比分力大．它可能比分力大，也可能比分力小，还有可能和分力大小相等．力 的 合 成 及 合 成 法 则1．力的合成：求几个力的合力的过程．2．平行四边形定则：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．1．只有共点力才能求合力.  (√)2．两个力的合力不一定大于任意一个力的大小．(√)3．两个力的合力的方向可能与两个分力的方向都不同．(√)1．假如两个学生用大小相同的作用力拎起一桶重200 N的水，每个学生对桶的作用力一定是100 N吗？【提示】　不一定．两个学生对桶的作用力的合力大小等于200 N，其数值相加不一定等于200 N，当两个学生所施加的力成一夹角时，每个学生对桶的作用力都大于100 N.2．在做引体向上运动时，双臂平行时省力还是双臂张开较大角度时省力？【提示】　双臂平行时最省力．根据平行四边形定则可知，合力一定时(等于人的重力)，两臂分力的大小随双臂间夹角的增大而增大，当双臂平行时，夹角最小，两臂用力最小．用硬纸板剪成五个宽度相同的长条，其中四个两两长度分别相等，第五个较长些，然后用螺丝钉铆住(AE与BC、CD不要铆住)，如图3­4­2所示．其中AB表示一个分力，AD表示另一个分力，AC表示合力．图3­4­2(1)改变∠BAD的大小，观察两分力间的夹角变化时合力如何变化？(2)合力一定大于其中一个分力吗？【提示】　(1)合力随着两分力间夹角的增大而减小，随着两分力间夹角的减小而增大．(2)不一定．合力与分力的大小符合三角形三边的关系，由几何知识知，三角形两边之和大于第三边，两边之差小于第三边，因此合力大小的范围|F1－F2|≤F≤F1＋F2.例如：F1＝5 N，F2＝4 N，合力1 N≤F≤9 N，合力F的最小值为1 N，比任何一个分力都小．求合力的方法1．作图法根据平行四边形定则用作图工具作出平行四边形，后用测量工具测量出合力的大小、方向，具体操作流程如下： 2．计算法(1)两分力共线时：①若F1与F2方向相同，则合力大小F＝F1＋F2，方向与F1和F2的方向相同；②若F1与F2方向相反，则合力大小F＝|F1－F2|，方向与F1和F2中较大的方向相同．(2)两分力不共线时：可以先根据平行四边形定则作出分力及合力的示意图，然后由几何知识求解对角线，即为合力．以下为求合力的两种常见特殊情况：类型作图合力的计算两分力相互垂直大小：F＝方向：tan θ＝两分力等大，夹角为θ大小：F＝2F1cos方向：F与F1夹角为4．有两个大小相等的力F1和F2，当它们的夹角为90°时，合力为F；则当它们的夹角为120°时，合力的大小为(　　)【导学号：57632055】A．2F B.FC.F D．F【解析】　当夹角为90°时，F＝，所以F1＝F2＝F.当夹角为120°时，根据平行四边形定则，知合力与分力相等，所以F合＝F1＝F.故B正确，A、C、D错误．【答案】　B5．水平横梁一端A插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B.一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量为m＝10 kg的重物，∠CBA＝30°，如图3­4­3所示，则滑轮受到绳子的作用力大小为(g取10 m/s2)(　　)图3­4­3A．50 N   B．50 NC．100 N D．100 N【解析】　以滑轮为研究对象，悬挂重物的绳的拉力F＝mg＝100 N，故小滑轮受到绳的作用力沿BC、BD方向，大小都是100 N．从图中看出∠CBD＝120°，∠CBE＝∠DBE得∠CBE＝∠DBE＝60°，则△CBE是等边三角形，故F合＝100 N.【答案】　C6．两个共点力同向时合力为a，反向时合力为b，当两个力垂直时合力大小为(　　) 【导学号：57632056】A.   B.C. D．【解析】　两力同向时，有：F1＋F2＝a两力反向时，有：F1－F2＝b解得：F1＝，F2＝两个力垂直时，有：F＝解得：F＝，故选B.【答案】　B计算法求合力时常用到的几何知识1．应用直角三角形中的边角关系求解．(用于平行四边形的两边垂直，或平行四边形的对角线垂直的情况)2．应用等边三角形的特点求解．3．应用相似三角形的知识求解．(用于矢量三角形与实际三角形相似的情况)