高中物理力的合成课件新人教版必修1.ppt

曹冲称象曹冲称象是人人皆知的历史故事，是人人皆知的历史故事，请同学们结合下面的图片回忆故事情节，细请同学们结合下面的图片回忆故事情节，细心体会曹冲是怎样心体会曹冲是怎样“称出称出”大象的重量的？大象的重量的？采用的是什么方法？思考后，请自由发言。采用的是什么方法？思考后，请自由发言。 “等效替代”G=200N 观察下面的情境图片思考：两位小孩对水桶施加观察下面的情境图片思考：两位小孩对水桶施加的的两个力两个力与一位大人对水桶施加的与一位大人对水桶施加的一个力一个力，就，就“提起提起水桶水桶”这一作用效果而言，相同吗？它们可以相互替这一作用效果而言，相同吗？它们可以相互替代吗？说出你的看法。代吗？说出你的看法。 F F1 1F F2 2G=200N想一想：想一想： 生活中还有很多事例可以说明生活中还有很多事例可以说明“几个力与一个力几个力与一个力的的作用效果相同作用效果相同”。观察下面的情境图片，细心体会。观察下面的情境图片，细心体会“等效替代等效替代”的含义。的含义。想一想：想一想： 生活中还有很多事例可以说明生活中还有很多事例可以说明“几个力与一个力几个力与一个力的的作用效果相同作用效果相同”。观察下面的情境图片，细心体会。观察下面的情境图片，细心体会“等效替代等效替代”的含义。的含义。 想一想：想一想： 生活中还有很多事例可以说明生活中还有很多事例可以说明“几个力与一个力几个力与一个力的的作用效果相同作用效果相同”。观察下面的情境图片，细心体会。观察下面的情境图片，细心体会“等效替代等效替代”的含义。的含义。想一想：想一想： 生活中还有很多事例可以说明生活中还有很多事例可以说明“几个力与一个力几个力与一个力的的作用效果相同作用效果相同”。观察下面的情境图片，细心体会。观察下面的情境图片，细心体会“等效替代等效替代”的含义。的含义。一、合力与分力一、合力与分力 一个力产生的效果跟几个力共同产生一个力产生的效果跟几个力共同产生的的效果相同效果相同，这个力叫做那几个力的，这个力叫做那几个力的合力合力。原来的几个力叫做这个力的原来的几个力叫做这个力的分力分力。注意：合力与分力是合力与分力是等效替代等效替代的关系，在实际的关系，在实际问题中，就可以用合力来代替那几个分问题中，就可以用合力来代替那几个分力，力，而不是物体又多受了一个合力而不是物体又多受了一个合力。二、力的合成二、力的合成 求几个已知力的合力的过程或方法，叫做求几个已知力的合力的过程或方法，叫做力的合成。力的合成。 说明：1 1）对几个力的合成结果是唯一的。）对几个力的合成结果是唯一的。（给定了分力，所能求得的具有相同作用效果的（给定了分力，所能求得的具有相同作用效果的合力就是确定的。）合力就是确定的。）2 2）只有同一物体受到的力才能合成。）只有同一物体受到的力才能合成。（不能对不在同一物体上的力进行合成！）（不能对不在同一物体上的力进行合成！）3 3）不同性质的力也可以合成。）不同性质的力也可以合成。（重力和弹力、重力和摩擦力都可以进行合成。）（重力和弹力、重力和摩擦力都可以进行合成。）探究同一直线上的力合成的方法：探究同一直线上的力合成的方法：F1=4NF2=3NF1=4NF2=3NF=7NF1=4NF2=3NF1=4NF2=3NF=1N结论：结论：两个力同向时，两个力的合力等于两个力两个力同向时，两个力的合力等于两个力的的数值之和数值之和，两个力反向时，两个力的合力等于，两个力反向时，两个力的合力等于两个力的两个力的数值之差数值之差，方向与大的力同向。，方向与大的力同向。1 1、同一直线上的几个力的合力：、同一直线上的几个力的合力： 规定正方向，规定正方向，代入正负号代入正负号求和。求和。F1F2已知：已知：F F1 1= 300N= 300N、F F2 2=400N =400N 则则F F合合= = . . = = N N 方向方向 。 F1F2已知：已知：F F1 1= 300N= 300N、F F2 2=400N =400N 则则F F合合= = . . = = N N 方向方向 。 F1+F2300+400=700与与F1、F2方向相同方向相同F1+F2-300+400=100与与F2方向相同方向相同如图：当两个力如图：当两个力不在一条直线不在一条直线上时还能用上时还能用这种方法求合力吗这种方法求合力吗? ? 如何求任意的如何求任意的互成角互成角度度的两个力的合力呢的两个力的合力呢? ?想一想：想一想：F1=1NF2=2N实验：实验：探究探究求合力的方法求合力的方法 图甲表示橡皮条图甲表示橡皮条GEGE在在两两个力个力的共同作用下，沿着直的共同作用下，沿着直线线GCGC伸长了伸长了EOEO这样的长度这样的长度 图乙表示撤去图乙表示撤去F F1 1和和F F2 2，用，用一个力一个力F F作用在橡皮条上，使作用在橡皮条上，使橡皮条橡皮条沿着相同的直线伸长沿着相同的直线伸长相同的长度相同的长度力力F F对橡皮条产对橡皮条产生的效果跟力生的效果跟力F F1 1和和F F2 2共同产生共同产生的的效果相同效果相同，所以力，所以力F F等于等于F F1 1和和F F2 2的合力的合力 F=F1+F2吗？吗？用力的图示表示，刚好用力的图示表示，刚好是一个平行四边形！是一个平行四边形！ 前人经过多次精细的实验，最后确认，对角线的前人经过多次精细的实验，最后确认，对角线的长度、方向跟合力的大小、方向一致，即对角线与合长度、方向跟合力的大小、方向一致，即对角线与合力重合，也就是说，对角线就表示力重合，也就是说，对角线就表示F F1 1、F F2 2的合力。的合力。实验：实验：验证验证求合力的方法求合力的方法 在桌上平放一块方木板，在方木板上铺一张白在桌上平放一块方木板，在方木板上铺一张白 纸，用图钉把白纸钉在方木板上。纸，用图钉把白纸钉在方木板上。 用图钉把橡皮条的一端固定在板上，在橡皮条的用图钉把橡皮条的一端固定在板上，在橡皮条的 另一端拴上两个细绳，细绳的另一端系着绳套另一端拴上两个细绳，细绳的另一端系着绳套 用两个弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉用两个弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉 橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置 O 用铅笔记下用铅笔记下O点的位置点的位置和和两条细绳的方向两条细绳的方向，读出，读出 两个弹簧的示数两个弹簧的示数F1和和F2。 用铅笔和刻度尺在白纸上从用铅笔和刻度尺在白纸上从 O 点沿着两条细绳的点沿着两条细绳的 方向方向画直线，按着一定的标度作出两个力画直线，按着一定的标度作出两个力F1和和F2 的的图示图示。以。以F1和和F2为邻边利用刻度尺和三角尺作为邻边利用刻度尺和三角尺作 平行四边形，过平行四边形，过 O 点画平行四边形的对角线，求点画平行四边形的对角线，求 出出合力合力 F 的图示的图示. 只用一只弹簧，通过细绳把橡皮条的只用一只弹簧，通过细绳把橡皮条的结点拉到同结点拉到同 样位置样位置O。读出弹簧的。读出弹簧的示数示数F,记下细绳套的记下细绳套的方向方向 用刻度尺从用刻度尺从O点按点按同一标度同一标度作出这个作出这个F的图示的图示。 比较力比较力F与用平行四边形法则求得的合力与用平行四边形法则求得的合力 F 的的 大小和方向，看在实验误差范围内是否相等。大小和方向，看在实验误差范围内是否相等。 改变两分力改变两分力F1、F2的大小和夹角，重复实验几次。的大小和夹角，重复实验几次。实验：实验：验证求合力的方法验证求合力的方法实验中的两条细绳不要太短，画力的方向时两点实验中的两条细绳不要太短，画力的方向时两点的距离远一些，误差就小一些。的距离远一些，误差就小一些。同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置应不变，同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置应不变，以保证作用效果相同。以保证作用效果相同。在使用弹簧秤的时候，要注意使弹簧秤与木板平在使用弹簧秤的时候，要注意使弹簧秤与木板平面平行，以保证前后两次作用效果相同。面平行，以保证前后两次作用效果相同。使用弹簧秤测拉力时，拉力应适当大一些，但不使用弹簧秤测拉力时，拉力应适当大一些，但不要超出量程。要超出量程。在同一次实验中，力的图示的标度要相同，尽量在同一次实验中，力的图示的标度要相同，尽量将图画大一些，以减少测量误差。将图画大一些，以减少测量误差。实验总是有误差的，直接测出的力实验总是有误差的，直接测出的力FF与用平行四与用平行四边形法则求出的合力边形法则求出的合力F F不可能完全重合，但在误差不可能完全重合，但在误差范围内可认为重合。范围内可认为重合。 两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线对角线就代就代表合力的大小和方向，这个法则叫做表合力的大小和方向，这个法则叫做平行四边形平行四边形定则定则。F合合F1OF2大小：标度大小：标度方向：角度方向：角度注意：注意：力用实线，辅力用实线，辅助线用虚线！助线用虚线！2 2、求任意互成角度的两个力的合力：、求任意互成角度的两个力的合力：取标度：取标度：例例题题1 1：两个力：两个力F F1 1=45N=45N，方向水平向右，方向水平向右，F F2 2=60N=60N，方向竖直向上，求这两个力，方向竖直向上，求这两个力的的合合力力F F的大小和方向的大小和方向利用三角形知识：利用三角形知识：F F大小：大小： = 75N = 75N F F的方向：的方向：tan=Ftan=F2 2/F/F1 1=4/3=4/3，查表得，查表得=37=372221FFF 作图法作图法取标度：取标度：15N15NF1 = 45 NF2= 60 N量对角线长度与标度比较量对角线长度与标度比较F = 75NF = 75N方向与方向与F F1 1夹角夹角为为53530 0计算法计算法如果有两个以上的力作用在一个物体如果有两个以上的力作用在一个物体上，如何来求它们的合力？上，如何来求它们的合力？想一想：想一想：3 3、多个力的合成方法：、多个力的合成方法： 先求出任意两个力的合先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的得到的结果就是这些力的合力。合力。F123F12F4F3F1F2F1234F F1 1=3N=3N，F F2 2=4N=4N，当改变二力间的当改变二力间的夹角夹角 而而不改变大小时，其不改变大小时，其合力合力F F怎样变化怎样变化？思考与讨论：思考与讨论：提示：请按相同标度大小作力的图示，比较当提示：请按相同标度大小作力的图示，比较当=0、30、60、90、120、150、180时合力的大小。时合力的大小。随着随着增大，合力如何变化？增大，合力如何变化？什么时候合力最大？什么时候合力最小？什么时候合力最大？什么时候合力最小？你能总结出合力的取值范围吗？你能总结出合力的取值范围吗？合力是否总大于每一个分力？合力是否总大于每一个分力？合力是否可能大于其中的一个分力小于另一个分力？合力是否可能大于其中的一个分力小于另一个分力？合力是否可能都小于任一个分力？合力是否可能都小于任一个分力？4 4、合力与分力的关系：、合力与分力的关系：F合合随随F1和和F2夹角夹角的增大而减小；的增大而减小；（0180）合力大小范围：合力大小范围：F1-F2F合合F1+F2；合力可能大于、等于、小于任一分力；合力可能大于、等于、小于任一分力；练习练习1 1、两个力的大小分别为、两个力的大小分别为3N3N、5N5N，其合，其合力大小可能是（力大小可能是（ ）A A、1N B1N B、3N C3N C、5N D5N D、9N9N练习练习2 2、两个力的大小分别为、两个力的大小分别为F F1 1=15N=15N，F F2 2= = 9N9N，它们的合力不可能等于（，它们的合力不可能等于（ ）A A、9N B9N B、25N C25N C、6N D6N D、21N21N试一试：试一试：想一想：想一想：三个力的合力范围怎么求？三个力的合力范围怎么求？3N、4N、5N；2N、5N、6N；8N、4N、3N；1N、5N、9N；最大值：最大值：F合合=F1+F2+F3最小值：最小值：先求任两个力先求任两个力F1、F2合力大小范围：合力大小范围：F1-F2 F F1+F2；若若F3在此范围内，三个力的合力最小值为在此范围内，三个力的合力最小值为0。若若F3不不在在此范围内，三个力的合力最小值为此范围内，三个力的合力最小值为F3与与F的最小值。的最小值。0NF12N；0NF13N；1NF15N；3NF15N；5 5、共点力：、共点力： 如果一个物体受两个或多个力作用，这些力都如果一个物体受两个或多个力作用，这些力都作用在物体上的作用在物体上的同一点同一点，或者虽不作用在同一点上，或者虽不作用在同一点上，但它们的但它们的延长线相交于同一点延长线相交于同一点，这几个力叫做，这几个力叫做共点共点力力。 F1F2非共点力非共点力F1F2注意：注意：力的合成的平行四边形定则只适用于共点力；力的合成的平行四边形定则只适用于共点力；平行四边形定则适用所有矢量的合成和分解。平行四边形定则适用所有矢量的合成和分解。6 6、力的三角形定则：、力的三角形定则：F合合F1OF2F1 两个力两个力F F1 1、F F2 2求合力时，求合力时，首尾依次相连首尾依次相连，合力，合力的大小和方向用从第一个力的始端指向第二个力的的大小和方向用从第一个力的始端指向第二个力的末端的有向线段表示。末端的有向线段表示。 求合力转化为解三角形！求合力转化为解三角形！F1F2F合合ABC1 1）解直角三角形：）解直角三角形：合FFACAB1sin合FFACBC2cos21tanFFBCAB2 2）解斜三角形：）解斜三角形：特殊三角形特殊三角形 等边三角形、等边三角形、120120等腰三角形等腰三角形 思考与讨论：思考与讨论：两个力夹角两个力夹角 一定，一定，F F1 1大小不变，增大大小不变，增大F F2 2，其其合力合力F F怎样变化怎样变化？当当90时，时，F合合变大。变大。当当90时，时，F合合先变小后变大。先变小后变大。F合合F2F1F2F1F2F2F合合7 7、共点力的平衡：、共点力的平衡：1 1）平衡状态：）平衡状态： 如果一个物体在力的作用下保持如果一个物体在力的作用下保持静止静止或或匀速直匀速直线运动线运动状态，我们就说这个物体处于状态，我们就说这个物体处于“平衡状态平衡状态”。2 2）两个力的平衡状态：）两个力的平衡状态： 如果两个力作用在物体上使之保持平衡，那么如果两个力作用在物体上使之保持平衡，那么这两个力这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上大小相等，方向相反，作用在同一直线上。3 3）三个力的平衡状态三个力的平衡状态： 如果三个力作用在物体上使之保持平衡，那么如果三个力作用在物体上使之保持平衡，那么其中其中任两个力的合力任两个力的合力与与第三个力第三个力大小相等，方向相大小相等，方向相反，作用在同一直线上。反，作用在同一直线上。F合合2 2、F F1 1大小、方向一定，大小、方向一定，F F合合方向一定，问力方向一定，问力F F2 2怎样施加怎样施加才最小？才最小？F2F1实验：实验：探究探究求合力的方法求合力的方法 在桌上平放一块方在桌上平放一块方木板，在方木板上铺一木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上。钉在方木板上。 用图钉把橡皮条的用图钉把橡皮条的一端固定在板上，在橡一端固定在板上，在橡皮条的另一端拴上两个皮条的另一端拴上两个细绳，细绳的另一端系细绳，细绳的另一端系着绳套着绳套实验：实验：探究探究求合力的方法求合力的方法 用两个弹簧秤分别用两个弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位伸长，结点到达某一位置置 O 用铅笔记下用铅笔记下O点的位点的位置置和和两条细绳的方向两条细绳的方向，读出两个弹簧的示数读出两个弹簧的示数F1和和F2。OF1F2 用铅笔和刻度尺在白纸上从用铅笔和刻度尺在白纸上从 O 点沿着两条细绳的点沿着两条细绳的方向方向画直线，按着一定的标度作出两个力画直线，按着一定的标度作出两个力F1和和F2的的图图示示。怎样确定两个分力怎样确定两个分力 F F1 1、F F2 2的大小、方向？的大小、方向？OF1F2