高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力4 力的合成和分解图片课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力4 力的合成和分解图片课件ppt，共59页。PPT课件主要包含了等效替代，作用的效果，提示200N，合力与分力的性质，求几个力的合力，对角线，两个力，第三个力，答案见解析，一个力的分力等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]任务1．知道合力和分力的概念，知道平行四边形定则的内容。任务2．能区别矢量和标量。任务3．知道力的合成和分解的方法，会用作图法和计算法进行力的合成与分解。
[问题初探]问题1　合力与分力是什么关系？问题2　合力一定大于分力吗？问题3　合力与分力的运算满足什么规则？
[自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
[链接教材]　教材中如图所示的两幅图，说明F与F1、F2是什么关系？
知识点一　合力和分力
提示：F1与F2 共同的作用效果可以用一个力F来代替。
1．合力与分力假设一个力单独作用的____跟某几个力共同作用的____相同，这个力就叫作那几个力的____，这几个力叫作那个力的____。2．合力与分力的关系合力与分力之间是一种________的关系，合力作用的____与分力__________相同。
如图所示，一个成年人提起一桶水，使水桶保持静止，用力为F；两个孩子共同提起同样的一桶水并使之保持静止，用力分别为F1和F2。
问题1　一个成年人提起一桶水，使水桶保持静止，则成年人对水桶向上的拉力是多少？
问题2　当两个孩子共同提起同样的一桶水并使之保持静止，用力分别为F1和F2，此时两小孩对水桶的拉力是多少呢？
问题3　该成年人用的力与两个孩子的力作用效果是否相同？二者能否等效替代？
提示：作用效果相同，能等效替代。
问题4　F与F1、F2是什么关系？
提示：F与F1、F2是合力与分力的关系，F是F1和F2的合力，F1和F2是F的两个分力。
2．合力与分力的大小关系(1)合力大小可以大于、等于或小于分力的大小，如图甲所示。(2)两个分力大小一定时，夹角越大合力越小，如图乙所示。(3)合力一定，若两分力大小相等，则两等大分力的夹角越大，分力越大，如图丙所示。
【典例1】　(对合力与分力关系的理解)两个力合成，关于合力与这两个力的大小关系，说法正确的是(　　)A．合力总是大于这两个力中的每一个力B．两个力都增大时合力一定增大C．合力可以比这两个力中的每一个力都小D．合力至少大于这两个力中的一个力
C　[力的合成遵守平行四边形定则，两个力的合力可以比分力大，也可以比分力小，也可以等于分力，故A、D错误，C正确；当两个力方向相反且两个力都增大时，其合力可能不变，故B错误。]
易错警示　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。
1．力的合成：______________的过程。2．平行四边形定则：在两个力合成时，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，如图所示，__表示F1与F2的合力。
知识点二　求合力的方法
3．多个力的合成方法先求出任意______的合力，再求出这个合力跟________的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。
港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥，港珠澳大桥全长55 km，其主体工程由6.7 km的海底沉管隧道、长达22.9 km的桥梁、逾2×105 m2的东、西人工岛组成，即“桥—岛—隧”一体。桥梁采用斜拉索式，假设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。
问题1　这对钢索对塔柱形成的合力大小能直接相加吗？为什么？
提示：不能，因为两条钢索的拉力不在同一方向上。
问题2　两条钢索对塔柱形成的合力如何计算？方向如何确定？
提示：把两根钢索的拉力看成沿钢索方向的两个分力，以它们为邻边画出一个平行四边形，其对角线就表示它们的合力，可用作图法或计算法求解。由对称性可知，合力方向一定沿塔柱竖直向下。
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，然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中较大的力方向相同。(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，即合力。
3．合力的大小范围的确定方法(1)两个分力的合力范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2。(2)三个分力的合力范围①最大值：三个力方向相同时，合力最大，Fm＝F1＋F2＋F3。②最小值：若|F1－F2|≤F3≤F1＋F2，则合力的最小值为零；若F3不在|F1－F2|～(F1＋F2)范围内，则合力的最小值不可能为零，等于三个力中最大的力减去另外两个力的大小之和。
【典例2】　(选自鲁科版教材·合力的计算)岸边两人同时用力拉小船，两力的大小和方向如图所示。请分别用作图法和计算法求出这两个力的合力。
方法二：计算法如图乙所示，平行四边形的对角线AB、OD交于C点，由于OA＝OB，所以平行四边形OADB是菱形，OD与AB互相垂直平分，OD是∠AOB的角平分线，则∠AOD＝60°，OD＝2OC＝2OA cs 60°因此，合力的大小F＝2F1cs 60°＝600 N方向与F1成60°。
规律方法　求合力的两种方法的比较 “作图法”和“计算法”各有优缺点，“作图法”便于理解矢量的概念，形象直观，但不够精确，会出现误差；“计算法”是先根据平行四边形定则作出力的合成的示意图，再利用数学知识求出合力，解题时，可通过作辅助线、特殊角求解或巧妙分组得到一些特殊情况下的力的合成，会使解答更简捷。
【典例3】　(力的合成的范围)三个共点力的大小分别是F1、F2、F3，关于它们的合力F的大小，下列说法正确的是(　　)A．F大小的取值范围一定是0≤F≤F1＋F2＋F3B．F至少比F1、F2、F3中的某一个大C．若F1∶F2∶F3＝3∶6∶8，只要适当调整它们之间的夹角，一定能使合力为零D．若F1∶F2∶F3＝3∶6∶2，只要适当调整它们之间的夹角，一定能使合力为零
C　[这三个力合力的最小值不一定为零，合力不一定大于分力，A、B错误；若F1∶F2∶F3＝3∶6∶8，设三个力大小分别为3F0、6F0、8F0，由于其中任何一个力的大小都在其余两个力的合力大小范围之内，故这三个力的合力可以为零，C正确；同理可知D错误。]
1．力的分解的定义：求____________的过程。2．力的分解(1)力的分解也遵从______________。(2)如果没有限制，同一个力可以分解为____对大小、方向不同的分力。如图所示。(3)一个已知力的分解要根据________来确定。
知识点三　力的分解 矢量和标量
3．矢量和标量(1)矢量：既有大小又有方向，相加时遵从______________的物理量。(2)标量：只有大小，没有方向，相加时遵从________的物理量。
提醒：矢量和标量的根本区别在于它们的运算法则不同，而不是有无方向。
明朝谢肇淛的《五杂俎》中记载：“……姑苏虎丘寺塔倾侧，议欲正之，非万缗不可。一游僧见之，曰：‘无烦也，我能正之。’”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身。问题1　木楔敲进砖缝间产生的效果是什么？
提示：对木楔两侧砖有挤压力。
问题2　木楔对两侧砖的挤压力方向怎样？试画出力的分解示意图(假设所用的木楔为等腰三角形)。
问题3　木楔为什么能产生这么大的力量呢？试作出理论推导(假设所用的木楔为等腰三角形)。
(2)正交分解各力：将每一个不在坐标轴上的力分解到x轴和y轴上，并求出各分力的大小，如图所示。
【典例4】　(力的效果分解)如图所示，已知电灯的重力为G＝10 N，AO绳与顶板间的夹角为θ＝45°，BO绳水平。(1)请按力的实际作用效果将OC绳对O点的拉力加以分解，并作出示意图；(2)AO绳所受的拉力F1和BO绳所受的拉力F2分别为多大？
[解析]　(1)OC绳的拉力产生了两个效果，一是沿着AO绳的方向向下拉紧AO绳的分力FT1，另一个是沿着BO绳的方向向左拉紧BO绳的分力FT2。画出平行四边形，如图所示。
【典例5】　(力的正交分解应用)如图所示，水平地面上的物体重力G＝100 N，物体与水平地面间的动摩擦因数为0.25。物体在与水平方向成37°角的拉力F＝60 N作用下水平向右运动。(已知物体在竖直方向的合力为零。sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)求：(1)物体受到的支持力；(2)物体受到的合外力。
[解析]　(1)物体受到四个力作用：重力G、支持力FN、拉力F、摩擦力Ff。建立如图所示直角坐标系，把力沿坐标轴正交分解。在竖直方向F sin 37°＋FN－G＝0解得FN＝64 N，方向竖直向上。(2)物体和地面间的摩擦力Ff＝μFN＝16 N在水平方向上有Fx＝F cs 37°－Ff＝(60×0.8－16) N＝32 N即物体受到的合外力大小为32 N，方向水平向右。
[答案]　(1)64 N，方向竖直向上　(2)32 N，方向水平向右
1．力的分解规律：力的分解是力的合成的______，同样遵从______________。2．如果没有限制，同一个力F可以分解为____对大小、方向不同的分力。
知识点四　力的分解的多解问题
如图所示，已知合力F，结合已学知识，完成以下问题。问题1　如果不受限制，分解同一个力能作出多少平行四边形？有多少组解？
提示：无数个；无数组(如图所示)。
问题2　已知合力F和两分力的方向(如图所示)，利用平行四边形定则，能作出几个平行四边形？两分力有几组解？
问题3　已知合力F和及其中一个分力F1的方向，F1与F夹角为θ，则另一分力F2的大小满足什么条件才能将F分解？
提示：另一分力F2的大小大于等于F sin θ时才能将力F分解(如图所示)。
1．无条件限制的力的分解(1)一个力分解为两个力，从理论上讲有无数组解。因为以同一条线段为对角线的平行四边形有无数多个(如图甲、乙所示)。
(2)由图乙知，将已知力F分解为两个等大的分力时，两分力间的夹角越大，两分力越大。
2．有条件限制的力的分解(1)已知合力和两个分力的方向时，有唯一解[如图(1)(2)]。
(2)已知合力和一个分力的大小和方向时，有唯一解[如图(3)(4)]。
①当F sin θ