中职物理高教版（2021）电工电子类第五节 力的合成与分解优质备课ppt课件

这是一份中职物理高教版（2021）电工电子类第五节 力的合成与分解优质备课ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了情境与问题，主要内容，合力与分力，力的合成，力的分解，PART01等内容，欢迎下载使用。
图1-5-1五峰山长江大桥
2020年12月11日，我国自主设计建造的世界上首座高速铁路悬索桥——五峰山长江大桥建成通车，这是我国第一座公铁两用悬索桥。大桥全长6 409 m，其中主桥主跨1 092 m。全桥共2根主缆，直径达1.3 m，是目前世界上最大直径主缆。两根主缆需要承受的的拉力高达1.8×109N。五峰山长江大桥主缆是怎样制作的？它为什么能承受如此巨大的拉力？
在生活中常见到这样的情景：一桶水，需要两个小孩才能提得动，而成年人用一只手就可以把它提起来。在这里，两个小孩的力的作用效果与一个成年人的力的作用效果是相同的。
定义： 在物理学中，如果有一个力的作用效果与几个力的作用效果相同，就把这一个力称为那几个力的合力，那几个力都称为分力。
求几个分力的合力，称为力的合成。例如，一个物体同时受到作用于O点的两个分力F1、F2的作用，如图1-5-2所示，它们的合力会指向哪里？大小是多少？
图1-5-2 木块受到两个力的作用
理解力的合成法则　　1．力的合成的本质就在于保证作用效果相同的前提下，用一个力代替几个力的作用，力的平行四边形定则就是运用“等效替代”的观点，通过实验总结出来的共点力的合成法则，建立“等效替代”的思想是理解力的合成法则的关键．　　2．力的合成不是简单的力的数值的加减，互成角度的力的合成必须遵循平行四边形定则，在同一直线上的力的合成是数值的加减．　　3．平行四边形定则是互成角度的共点力的合成必须遵循的法则，也是一切矢量合成或运算的普遍法则．
确定合力的大小和方向的方法　　1．作图法　　(1)从力的作用点起，依两个力的方向按同一标度作出两个力F1和F2的图示，并构成平行四边形，这个平行四边形的对角线的长度按同样的比例表示了合力F的大小，对角线的方向就是合力的方向，通常可用量角器直接量出合力F与某个力的夹角．　　(2)作图时的注意事项：①合力、分力要共点，实线、虚线要分清；②合力、分力的标度要相同，作平行四边形要准确．　　(3)作图法求合力的特点：简单、直观，但不够准确．　　2．计算法　　可以根据平行四边形定则作出示意图，然后根据几何知识求解平行四边形的对角线，即为合力．以下是合力计算的几种特殊情况．
3．二力平衡法　　当物体受到多个力而处于平衡状态时，可把其中任意两个力的合力与其余力的合力等效为一对平衡力，这样就可以由其余力的合力求出这对力的合力．　　　
图1-5-3所示为探究合力与分力的关系实验装置。在绘图板上固定一张白纸，将橡皮筋的一端用图钉固定在白纸一侧的点A，将橡皮筋的另一端拴两根带环的细绳。从点A画一条虚线到白纸另一侧的点B。
【观察与体验】探究合力与分力的关系
图1-5-3研究合力与分力关系的实验装置
用一个测力计沿AB方向把橡皮筋的另一端拉至适当位置，记下力F的大小，并将此力作为合力，将此时该端所处的位置标记为点O。
然后用两个测力计分别拉住两根细绳，尝试用以下几种方法将橡皮筋的另一端拉到O点，并在白纸上记下此时两个分力F1、F2的大小。
1.将两个测力计均沿AB方向把橡皮筋的另一端拉至点O。 2.将两个测力计以45°的夹角把橡皮筋的另一端拉至点O。 3.将两个测力计以90°的夹角把橡皮筋的另一端拉至点O。 4.用一个测力计把橡皮筋的另一端沿AB方向拉，用另一个测力计把橡皮筋的另一端拉至点O。
尝试用不同夹角、不同大小的分力F1、F2把橡皮经的另一端拉到点O。
用力的图示法分别将上面所测的合力与各组分力在白纸上表示出来。
通过观察、分析和归纳，合力F与各组分力F1、F2间的大小关系，呈现出的规律是： 。
平行四边形定则：两个互成一定角度的力合成时，以表示这两个力的线段为邻边，作平行四边形，它的对角线就表示合力的大小和方向。这就是力的平行四边形定则。
因此，图1-5-2中物体所受合力F的大小和方向如图1-5-4所示。
图1-5-4 合力与分力的关系遵从平行四边形定则
平行四边形定则是矢量合成法则，所有的矢量如速度、加速度等合成时都遵循这一法则。
合力随分力间夹角的变化情况
合力与分力之间的大小关系可以归纳出如下规律：
如果求两个以上力的合力，可以连续应用平行四边形定则。其步骤是：先求出任意两个力的合力F＇，然后再求出F＇与第三个力的合力F，依此类推，直到求出所有力的合力为止。如图1-5-5所示为3个力的合成过程。
图1-5-5 三个力的合成
力的分解：求一个合力的分力，称为力的分解。生活中经常可以见到一个力产生两个作用效果的情景。
例如，斜面上物体的重力会产生两个作用效果：使物体沿斜面向下滑和使物体垂直于斜面向下压。因此，重力G应该分解为这样两个分力：平行于斜面向下的分力F1，垂直于斜面向下的分力F2，如图1-5-6所示。
图1-5-6 斜面上物体的重力分解
如果已知重力G和斜面的倾角α，根据三角函数关系可知
再如，人斜向上拉着物体前进，如图1-5-7所示。拉力对木块产生两个作用效果，一个使木块向前运动，另一个将木块向上提。若拉力F与水平方向的夹角为α，如图1-5-8所示，则拉力在这两个方向上产生的作用力分别为 。
力的分解中解的确定　　力分解时有解或无解，简单地说就是代表合力的对角线与给定的代表分力的有向线段是否能构成平行四边形(或三角形)．如果能构成平行四边形(或三角形)，说明该合力能按给定的分力分解，即有解；如果不能构成平行四边形(或三角形)，说明该合力不能按给定的分力分解，即无解．　　具体情况可分以下几种：　　1．已知F的大小和方向及两个分力F1和F2的方向，则F1和F2有确定值．　　2．已知F的大小和方向及F1的大小和方向，则F2有确定值． 3．已知F的大小和方向及F1和F2的大小，则有两种分解方式，如图16-3所示．　　当|F1-F2|＞F或F＞F1+F2时无解．　　　　　　　4．已知F的大小和方向及F1的方向，则分解情况有四种，方法是以F的一端A为圆心，以F2的大小为半径画圆．　　(1)若F2＜Fsin θ，不能分解(即无解)；　　(2)若F2=Fsin θ，有一解；　　(3)若Fsin θ＜F2＜F，有两解；　　(4)若F2≥F，有一解．
五峰山长江大桥两根主缆是主要承重结构，它们将原本需桥墩承担的重力，通过吊索转化成了向上的拉力，并由主缆传递到锚碇和主塔上。每根主缆由352根索股组成，每根索股由127根直径5.5 mm高强度钢丝组成，如图1-5-9所示。352根索股安装到大桥上的预定位置后，再使用紧缆机捆绑紧固，最终形成一条世界上直径最大、拉力最大的主缆，单根主缆拉力高达9×108N。
图1-5-9 五峰山长江大桥主缆及其截面结构示意图
力传感器是指能感受外力并转换成输出电信号的传感器，能检测出拉力、压力、重力等力学量，可用于对力的测量。力传感器的使用范围十分广泛，是最为常用的一种传感器，在动力设备、工程机械和各类工业和民用产品中，如电子汽车衡[图1-5-10(a)]、电子台秤、电子叉车秤[图1-5-10(b)]、动态轴重秤等，力传感器已成为其中不可缺少的核心部件。
【应用与拓展】力传感器
图1-5-10 力传感器
（a）电子汽车衡 （b）电子叉车秤