高中物理人教版 (新课标)必修14 力的合成学案及答案

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第4节　力的合成1．当一个物体受到几个力的共同作用时，我们常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果__________，这个力就叫那几个力的________，原来的几个力叫做________．求几个力的________的过程或方法，叫力的合成．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________作平行四边形，这两个邻边之间的__________就代表合力的大小和________．这个法则叫做平行四边形定则．对力这种既有大小又有方向的物理量，进行合成运算时，一般不能用代数加法求合力，而必须用平行四边形定则．3．如果一个物体受到两个或更多力的作用，有些情况下这些力______________________上，或者虽不作用在________上，但它们的________交于一点，这样的一组力叫做共点力．4．当两个共点力F1、F2大小一定时，合力F的大小和方向随着F1、F2之间的夹角而变化．当夹角θ＝0°时，力F1、F2在同一直线上且方向相同，F＝__________，方向跟两个力的方向______，此时，合力最大．当夹角θ＝180°时，力F1、F2在同一直线上且方向相反，F＝|F1－F2|，方向跟两个力中________________相同，此时，合力最小．当夹角θ＝90°，F＝__________________.由上述分析可知，合力的大小可在最大值和最小值之间取值，取值范围为____≤F≤________.5．关于几个力与它们的合力的说法正确的是(　　)A．合力的作用效果跟原来那几个力共同作用的效果相同B．合力与原来那几个力同时作用在物体上C．合力的作用可以代替那几个力的作用D．求几个力的合力遵从平行四边形定则6．关于合力与其两个分力的关系，正确的是(　　)A．合力的大小一定大于小的分力、小于大的分力B．合力的大小随分力夹角的增大而增大C．合力的大小一定大于任意一个分力D．合力的大小可能大于大的分力，也可能小于小的分力7．有两个共点力，大小分别是4 N和7 N，则它们的合力大小(　　)A．最大是12 N  B．最小是3 NC．可能是28 N  D．可能是1 N【概念规律练】知识点一　合力与分力1．关于合力的下列说法中正确的是(　　)A．几个力的合力就是这几个力的代数和B．几个力的合力一定大于这几个力中的任何一个力C．几个力的合力可能小于这几个力中最小的力D．几个力的合力可能大于这几个力中最大的力2．关于两个分力F1、F2及它们的合力F，下列说法正确的是(　　)A．合力F一定与F1、F2共同作用产生的效果相同B．两力F1、F2一定是同种性质的力C．两力F1、F2一定是同一个物体所受的力D．两力F1、F2与F是物体同时受到的三个力知识点二　探究求合力的方法3．在探究求合力的方法实验中，某实验小组采用了如图1所示的实验装置．实验中，把橡皮条的一端固定在板上的G点，橡皮条的另一端拴上两条细绳套，将木板竖直固定好，在两条细绳套上分别挂上适当的钩码，互成角度拉橡皮条使之伸长，将结点拉到某一位置O，此时需要记下结点的位置O以及①________和②________.再用一条细绳套挂上适当的钩码把橡皮条拉长，使结点也到达同一个位置O，再次记录③________和④________.实验时，用两个力拉橡皮条和用一个力拉橡皮条都使之伸长且使结点到达同一个位置O的目的是⑤________.图1知识点三　平行四边形定则4．下列说法中错误的是(　　)A．力的合成遵循平行四边形定则B．一切矢量的合成都遵循平行四边形定则C．以两个分力为邻边的平行四边形的两条对角线都是它们的合力D．与两个分力共点的那一条对角线所表示的力是它们的合力5．已知F1＝F2＝10 N，求以下两种情况下二力的合力：(1)F1与F2垂直．             (2)F1与F2成120°角．        【方法技巧练】一、用图解法和计算法求物体所受合力6.图2如图2所示，物体受到大小相等的两个拉力作用，每个拉力都是20 N，夹角是60°，求这两个力的合力．(用两种方法求)             7．在电线杆的两侧常用钢丝绳把它固定在地上(如图3)．如果钢丝绳与地面的夹角∠A＝∠B＝60°，每条钢丝绳的拉力都是300 N，求两根钢丝绳作用在电线杆上的合力．图3            二、用力的合成的知识解决实际问题8.图4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4所示，则滑轮受到绳子的作用力为(g取10 N/kg)(　　)A．50 N         B．50 NC．100 N        D．100 N1．关于共点力，下列说法中不正确的是(　　)A．作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，这两个力是共点力B．作用在一个物体上的两个力，如果是一对平衡力，则这两个力是共点力C．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用点在同一点上，则这几个力是共点力D．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用线相交于同一点，则这几个力是共点力2．关于合力，下列说法正确的是(　　)A．一个力的作用效果如果与几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫那几个力的合力B．合力一定大于任何一个分力C．合力就是几个力的代数和D．合力小于任何一个分力是可能的3．物体同时受到同一平面内的三个力的作用，下列几组力的合力可能为零的是(　　)A．5 N、7 N、8 N         B．5 N、1 N、3 NC．1 N、5 N、10 N        D．10 N、10 N、10 N4．重100 N的物体放在水平地面上，今用60 N的力竖直向上提物体，则物体所受的合力为(　　)A．0                     B．40 N，方向向下C．60 N，方向向上        D．100 N，方向向下5．如图5所示为两个共点力的合力F随两分力的夹角θ变化的图象，则这两个分力的大小分别为(　　)图5A．1 N和4 N        B．2 N和3 NC．1 N和5 N        D．2 N和4 N6.图6如图6所示，物体M在斜向右下方的推力F作用下，在水平地面上恰好做匀速运动，则推力F和物体M受到的摩擦力的合力方向是(　　)A．竖直向下          B．竖直向上C．斜向下偏左        D．斜向下偏右7．两个共点力的大小分别为F1＝15 N，F2＝9 N，它们的合力不可能等于(　　)A．9 N        B．25 NC．6 N        D．21 N8.图7设有三个力同时作用在质点P上，它们的大小和方向相当于正六边形两条边和一条对角线，如图7所示，这三个力中最小的力的大小为F，则这三个力的合力等于(　　)A．3F        B．4FC．5F        D．6F9．如图8所示，水平地面上固定着一根竖直立柱，某人用绳子通过柱顶的定滑轮将100 N的货物拉住．已知人拉着绳子的一端，且该端与水平方向夹角为30°，则柱顶所受压力大小为(　　)图8A．200 N        B．100 NC．100 N        D．50 N10.图9如图9所示，两个共点力F1、F2的大小一定，夹角θ是变化的，合力为F.在θ角从0°逐渐增大到180°的过程中，合力F的大小变化情况为(　　)A．从最小逐渐增加到最大B．从最大逐渐减小到零C．从最大逐渐减小到最小D．先增大后减小题号12345678910答案          11．如图10所示，水平电线AB对电线杆的拉力是300 N，斜牵引索BC对电线杆的拉力是500 N，这时电线杆正好和水平地面垂直．如果电线杆自重800 N，那么电线杆对地面的压力是多大？图10            12.图11如图11所示，一条小船在河中向正东方向行驶，船上挂起一风帆，帆受侧向风作用，风力大小F1为100 N，方向为东偏南30°，为了使船受到的合力能恰沿正东方向，岸上一人用一根绳子拉船，绳子取向与河岸垂直，求出风力和绳子拉力的合力大小及绳子拉力F2的大小． 第4节　力的合成课前预习练1．相同　合力　分力　合力2．邻边　对角线　方向3．共同作用在同一点　同一点　延长线4．F1＋F2　相同　较大的力的方向　　|F1－F2|　F1＋F25．ACD6．D　[根据平行四边形定则可知：两个共点力的合力的大小不一定大于小的分力，小于大的分力；合力的大小也不随夹角的增大而增大；并且也不一定大于任意一个分力．]7．B　[这两个力方向相同时合力最大，最大值为F合F1＋F2＝4 N＋7 N＝11 N．方向相反时合力最小，最小值F合′＝F2－F1＝7 N－4 N＝3 N，合力范围是3 N≤F合≤11 N．只有B正确．]课堂探究练1．CD　[力的合成遵循力的平行四边形定则，所以A错误；几个力同向时，合力为几个力大小之和，比任何一个力都大，只要几个力的大小和方向合适，合力可以为零，比几个力中最小的力还小，所以B错误，C、D正确．]2．AC　[只有同一个物体的受力才能合成，分别作用在不同物体上的力不能合成，合力是对原来几个力的等效替换，分力可以是不同性质的力，但受力分析时，分力与合力不能同时存在，故正确选项为A、C.]点评　合力与分力是一种“等效替换”关系，一个物体不能同时受到分力与合力，也就是说，合力与分力不能同时作用在同一个物体上．3．①两细绳的方向　②两组钩码的个数　③该细绳的方向　④钩码的个数　⑤两次拉到同样的位置O，橡皮条的伸长量相同，两次作用效果相同，这样一组钩码单独拉时的力，就是两组钩码共同拉时拉力的合力4．C5．见解析解析　(1)当F1与F2垂直时，由平行四边形定则作出平行四边形，如图甲所示，由勾股定理可得：F＝＝F1＝14.14 N.合力的方向与F1的夹角θ为：tan θ＝F2/F1＝10/10＝1，θ＝45°.(2)当F1，F2互成120°角时，作出平行四边形，由于F1＝F2，故所得平行四边形为菱形，且F平分F1、F2的夹角，如图乙所示，F＝F1＝F2＝10 N，F与F1的夹角θ＝60°.点评　作出力的合成的示意图，将求解合力的物理问题转化为数学的几何问题，利用数学知识来解决该问题．6．用作图法求得合力为35 N，用计算法求得合力为34.6 N解析　解法一　取图(1)中的某段长表示5 N，作出平行四边形，量得对角线长即可求出合力F大小为35 N，合力的方向沿F1、F2夹角的平分线．解法二　由于两个力大小相等，所以作出的平行四边形是菱形，可用计算法求得合力F，如图(2)所示，F＝2F1cos 30°＝F1＝34.6 N.7．519.6 N，方向竖直向下解析　解法一　图解法自O点引两条有向线段OC和OD，夹角为60 °.设每单位长度表示100 N，则OC和OD的长度都是3个单位长度，作出平行四边形OCED，如右图所示，其对角线OE就表示两个拉力F1、F2的合力F，量得OE长为5.2个单位长度．所以合力F＝100×5.2 N＝520 N.用量角器量得∠COE＝∠DOE＝30°，所以合力方向竖直向下．解法二　计算法先画出力的平行四边形，如右图所示，由于＝，得到的是菱形，连结CD、OE，两对角线垂直且平分，表示300 N，∠COO′＝30 °.在三角形OCO′中＝cos 30°在力的平行四边形中，各线段的长表示力的大小，则有＝F1cos 30°，所以合力F＝2F1cos 30°＝2×300× N＝519.6 N方向竖直向下．方法总结　矢量的运算遵循平行四边形定则，作图法和计算法是运用这一法则进行矢量运算的具体方法：(1)作图法：要选取统一标度，严格作出力的图示及平行四边形，用统一标度去量度作出的表示合力的对角线，求出合力的大小，再量出对角线与某一分力的夹角，求出合力的方向．(2)计算法：根据平行四边形定则作出示意图，然后利用解三角形的方法求出表示合力的对角线．8．C　[本题考查二力平衡条件及两个等大的力互成120°的合力求法．以滑轮为研究对象，悬挂重物的绳的张力是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.从右图中看出，∠CBD＝120°，∠CBF＝∠DBF，得∠CBF＝60°，即△CBF是等边三角形，故F＝100 N．]方法总结　在力的合成问题中常遇见的题目有以下几种：①在合成图中有直角，可以利用直角三角形的知识求解．②若两个力相等，两力合成的平行四边形是菱形，可以利用菱形的对角线垂直平分的知识求解．③若两个力相等，且两个力的夹角为120°，可由几何知识知合力的大小等于其中一个分力的大小．课后巩固练1．A　[根据共点力的概念，几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一个点，这几个力叫做共点力，所以C、D项正确．一对平衡力一定作用在同一条直线上，它们一定是共点力，故B正确．对于A选项中所描述的两个力，它们有可能一上一下，互相平行但不共点，所以A项错误．]2．AD　[力的合成遵循力的平行四边形定则，力是矢量，既有大小，又有方向，所以求几个力的合力是求这几个力的矢量和，C错．合力的大小可能大于任何一个分力，也可能小于任何一个分力，D对．]3．AD　[对于A组，5 N和7 N的合力F所在的范围是：2 N≤F≤12 N,8 N处在合力范围内，A组合力可能为零，同理可知D组合力也可能为零，A、D正确．]4．A　[60 N的力提不起100 N的物体，物体受地面支持力40 N，物体静止，合力为零．]5．B　[由图象知，两力方向相同时，合力为5 N．即F1＋F2＝5 N；方向相反时，合力为1 N，即F1－F2＝1 N.故F1＝3 N，F2＝2 N，B正确．]6．A　[物体M受四个力作用，支持力和重力都在竖直方向上，故推力F与摩擦力的合力一定在竖直方向上，由于推力F的方向斜向下，由此可断定力F与摩擦力的合力一定竖直向下．]7．B8．A　[由几何关系得F3＝2F，又F1、F2夹角为120°，大小均为F，故其合力大小为F，方向与F3相同，因此三个力的合力大小为3F.]9．B10．C　[两个力的合力随着分力间夹角的减小而增大，夹角为0°时合力最大；合力随着分力间夹角的增大而减小，夹角为180°时合力最小，所以选项C正确．]11．1 200 N解析　由题意可知，水平电线AB和斜牵引索BC两个拉力的合力竖直向下，其大小为F合＝ N＝400 N，故电线杆对地面的压力FN＝G＋F合＝1 200 N.12．50 N　50 N解析　如右图所示，以F1、F2为邻边作平行四边形，使合力F沿正东方向，则F＝F1cos 30°＝100× N＝50 N.F2＝F1sin 30°＝100× N＝50 N.