3.4力的合成和分解— 【新教材】

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通过多次的实验探究我们会发现,求两个力的合成, 如果以表示这两个力的有向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。这 个规律叫作平行四边形定则。
平行四边形定则只适用于共点力。
应用平行四边形定则时注意四点: F1 ①分力、合力的起点相同
②分力、合力的标度比例一致
F2
③虚、实要分清,力画实线,辅助线画虚线
力的合成小结
①当θ=0°时,即两个力同向,F合=F1+F2
(同向相加,合力与分力同向,合力最大)
②当θ=180°时,即两个力反向,F合=|F1-F2|
(反向相减,合力与分力中较大的力同向,合力最小)
③当θ=120°时,F合=F1=F2(相等) ④合力的取值范围,|F1-F2|≤F合≤ F1+F2
(合力在最大和最小值之间) 三、矢量和标量 ①矢量:既有大小又有方向,相加时遵从平行四边形定则的物理量。 例:位移(x)、速度(v)、加速度(a)、力(F)等
F
一个已知力究竟应该怎么样分解?
按力的作用效果来分解
F1 θ
θ F2
mg
F1
F



F2
向前拉
使物块沿斜面下滑 重力产生的效果
使物块紧压斜面
课 堂 练 习斜杀垂抠
例1:如图,把一个物体放在倾角为O的斜面上,物体受重力G(物 体还受到其他力的作用,图中没有画出)。现在需要沿平行于斜面 方向和垂直于斜面方向对物体的运动分别进行研究,把重力G沿平 行于斜面和垂直于斜面方向分解为F1和F2,求两个分力的大小。
力的分解:平行四边形定则 在上述实验中,如果把图乙和图丙的操作顺序对调,
即先用拉力F把圆环拉到0点,再用拉力F1、和F2共同拉 圆环产生相同效果,则F1、和F2可以看成F的分力,这
就变成了“探究力的分解规律”的实验。由于各个力的 数据都没有改变,因此力的分解也遵循平行四边形定则。
需要指出的是,如果没有限制,对于同一条对角线, 可以作出无数个不同的平行四边形。也就是说,同一个 力F可以分解为无数对大小、方向不同的分力。 一个已知 力究竟应该怎样分解,要根据具体问题来确定。
例:位移(x)、速度(v)、加速度(a)、力(F)等
②标量:既有大小没有方向,相加时遵从算术法则的 物理量。
例:质量、路程、功、电流等
在日常生活中有时会碰到这种情况:当载重卡车
陷于泥坑中时,汽车驾驶员按图所示的方法,用钢 索把载重卡车和大树栓紧,在钢索的中央用较小的 垂直于钢索的侧向力就可以将载重卡车拉出泥坑, 你能否用学过的知识对这一方法作出解释。
(1)本实验中“等效替代”的含义是__D_。 A.橡皮条可以用细绳替代 B.左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的
作用效果
C.右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的 作用效果
D.两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的 作用效果替代
(2)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是__F。
我们要探究的是:合力F与F1、F2有什么关系? F1、F2的大小和方向都会对合力F产生影响,力的图示法能同 时描述力的大小和方向,画出F、F1、F2(图丁),看看三者间是什
么关系?说出你的猜想。 怎样检验你的猜想,说出你 的方法。
实验
探究两个互成角度的力的合成规律
力的合成:平行四边形定则
F1
F
F2
【解析】 选择某一标度,例如用1 cm长 的线段表示10 N的力。
根据题意,作出二力合成的平行四边形 (图3.4-6)。表 示F1的有向线段长3.20 cm, 表示F2的有向线段长4.40 cm。用 刻度尺测量 后得知,表示合力 F的对角线长为5.44 cm, 则F=5.44 cm×10 N/cm=54.4 N
②标量:既有大小没有方向,相加时遵从算术法则的物理量。 例:质量、路程、功、电流等
力的分解中,合力是客观存在的物体真实受到的力, 分力是假想力,Hale Waihona Puke Baidu于等效替代合力。
同一直线上力的合成
F2
F1
F合=F1+F2(最大) 两个分力同向相加
同一直线上力的合成 F1
F合=F1-F2(最小) 两个分力反向相减
F1 互成角度的两个力怎样求合力? F2 还能直接相加减吗?
实验
探究两个互成角度的力的合成规律(阅读)
tanα=F2/F1 α=54°
=11/8
O )α
F1
F2
F合
θα
θ
F1
F合 (F2 sin )2 (F1 F2 cos )2
F12 F22 2F1F2 cos
tan F2sin F1 F2 cos
求多个力的合力 F3
F4
F123
F1234 F12
F2
F1 如果两个以上的共点力作用 在一个物体上,也可以应用平行 四边形定则求出它们的合力。先 求出任意两个力的合力,再求出 这个合力跟第三个力的合力,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。
共点力:几个力如果都作用在物体的同一点,或者它们 的作用线相交于一点。
一、合力与分力
生活中常常见到这样的事 例:一个力的单独作用与两 个或者更多力的共同作用, 其效果相同。
例如,两个小孩分别用力
F1、F2共同提着一桶水,水桶
静止;一个大人单独向上用力 F也能提着这桶水,让水桶保 持静止。
一盏吊灯悬吊在天花板上保持静止,悬线对吊灯的
3.4力的合成和分解
如果蜘蛛网上的一根丝断了,
网会倒向哪边?
一个静止的物体,在某平面 上受到5个力作用,你能判断它将 向哪个方向运动吗?如果我们能
找到一种方法,即“用一个力的 单独作用替代几个力的共同作用, 而效果不变”,上述问题就迎刃
而解了。你觉得这个力和被替代 的几个力会有怎样的关系呢?
担子受到的力不是共点力
④求合力时既要得出合力的大小还要得出合力的方向
合 力 与 分 力 的 关 系
合力可能大于某一分力,也可能小于某一分力
互成角度的两个力求合力大小
①当θ=0°时,F=F1+F2
(相加,合力与分力同向,最大)
②当θ=180°时,F=|F1-F2|
(相减,合力与分力中较大的力同向,最小)
③当θ=120°时,F=F1=F2(相等)
解:如图所示 根据三角函数得:
F1=Gsinθ
F1 θ F2
θ G
F2=Gcosθ
水 滑 梯
三、矢量和标量
力的合成,可以认为是力的相加。二力相加时, 不能简单地把两个力的大小相加,而要按平行四边形 定则来确定合力的大小和方向。
我们曾经学过位移。一个人从A走到B,发生的位移 是AB,又从B走到C,发生的位移是BC。在整个运动过程
力的分解
将一个已知力分解,其结果的讨论:
1)已知两个分力的方向—— 唯一解
F2 F
F1
2)已知一个分力的大小和方向—— 唯一解
F F2
F F2
F1
F1
力的分解
3)若已知一个分力F1的大小和另一分力F2的方向 (即已知F2和F的夹角θ),将一已知力F分解,其 结果有多少种可能?
F1 F F1
θ F2
中,这个人的位移是AC,AC是合位移。
如果平行地移动矢量BC,使它的始 端B与第一次位移的始端A重合,于是我 们看到,两次表示位移的线段构成了一 个平行四边形的一组邻边,而表示合位 移正是它们所夹的对角线AC。所以说, 位移合成时也遵从平行四边形定则。
①矢量:既有大小又有方向,相加时遵从平行四边 形定则的物理量。
F1
·
F2
F
正所谓四两可以拨千斤!
为什么刀刃的夹角 越小越锋利?

·O
F
力的分解
思考:把一个力分解为两个力,什么情况下有 固定分解方式呢?
对一个已知力进行分解的几种常见的情况: ⑴ 已知两个分力F1和F2的方向 ⑵ 已知一个分力F1的大小和方向 ⑶ 已知一个分力F1的方向和另一个分力F2 的大小 ⑷ 已知两个分力F1和F2的大小
(二)分力
定义: 假设几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效 果相 同,这几个力就叫作那个力的分力

图3.4-2乙中的F1和F2是F 的分力
把求一个力的分力的过程叫作力的分解
F
F
1
2
作用效 果相同
G=200N
G=200N
合力与分力是等效替代关系
注意:不是多了一个力
力的合成中,分力是客观存在的物体真实受到的力, 合力是假想力,用于等效替代分力。
用量角器测得合力F与力 F1的夹角为54°。 合力的大小为54.4 N,方向与力F1的夹角 为54°。
2、计算法: 根据平行四边形定则作出力的示意图,
利用合力与分力组成的平行四边形内的三 角形关系,求合力大小和方向。
如图所示,作出力的示意图,则
F
F1 2
F
2 2
F2
F
322 442 N
= 54.4N
(3)下列措施中可减小实验误差的是___ABC A.拉橡皮条的细绳细些且长度适当 B.拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且 与木板面平行 C.记录弹簧测力计拉力方向时,标记同一细绳方向的两点 要远些
D.应使拉力F1和F2的夹角为90°
4、关于力的分解,下列说法中不正确的是( D ) A.一个力可以分解成两个比它大的分力 B.一个力可分解成两个大小跟它相等的力 C.如果一个力和它的一个分力的大小方向确定,那么另 一个分力就是唯一的
④合力的取值范围,|F1-F2|≤F≤ F1+F2
注意:合力可能大于、等于、小于任一分力
运用平行四边形定则求合力的具体应用方法
1、作图法 2、计算法
1、作图法
【例题】某物体受到一个大小为32 N的力,方向 水平向右,还受到另一个大小为44 N的 力,方向竖直 向上。通过作图求出这两个力的合力的大小和方向。
∣ F1 – F2∣< F < F1 + F2…… 无数解(一个面内两解)
F
F1
F2
F1
F2
F
F1
F2 F
F F2 F1
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1.一个重为20N的物体置于光滑的水平面上,当用一
个F=5N的力竖直向上拉该物体时,如图所示,物体受
到的合力为 ( D )
F
A.15N B.25N C.20N D.0
2.两个共点力的大小分别为F1=15 N,F2=8 N,它们的 合力大小不可能等于( B ) A.9 N B.25 N C.8 N D.21 N
3.如图所示,大小分别为F1、F2、F3的三个力恰好 围成封闭的直角三角形(顶角为直角)。如图所示, 这三个力的合力最大的是( C)
4.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验如图 甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条 与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙为白纸上根 据实验要求画出的图示。
1)F1< Fsinθ……无解
F1 F
F1 θ
F2
2)F1= Fsinθ……一解
力的分解
F1
θ
θ F2
F F1
F1
F2
F F1
θ F2
3)Fsinθ<F1 < F……两解
力的分解
F1
F θ
F2
4)F1 ≥ F……一解
力的分解
4)已知两个分力F1、 F2的大小,将一个已知 力F分解,其结果有多少种可能?
如图甲,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,另一端固定,橡皮条 的长度为GE。
在图乙中,用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环
受到拉力F1、F2的共同作用,处于O点,橡皮条伸长的长度为EO。 撒去F1、F2,改用一个力F单独拉住小圆环,仍使它处于0点。力F 单独作用,与F1、F2共同作用的效果是一样的,都能使小圆环保 持静止,由于两次橡皮条伸长的长度相同,即橡皮条对小圆环的 拉力相同,所以F等于F1、F2的合力。
①力的合成:求几个力的合力的过程。力的分解:求一个力 的分力的过程。
②力的分解和力的合成都遵循平行四边形定则,如果没有限 制,对于同一条对角线,可以作出无数个不同的平行四边形。
③力的分解按力的作用效果来分解,例如斜面上的重力的效果 使物块沿斜面下滑和使物块紧压斜面,所以重力的分解就分为沿 斜面向下的方向和垂直斜面向下的方向。
D. 如果一个力以及它的一个分力的大小和另一个分力的方 向确定,这两个分力就完全确定了。
共点力:几个力如果都作用在物体的同一点,或者它们的作用线 相交与一点。 一、合力与分力 合力:一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同。
分力:几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同。
二、力的合成和分解
拉力是F,若用两根线共同悬挂吊灯,悬线上端分别固定
在天花板的左右两处,线的拉力是F1和F2,也能产生使
吊灯保持静止的效果
F拉
关系: 等效替代关系
(一)合力
定义: 假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果 相同,这 个力就叫作那几个力的合力。
图3.4-1中的F是F1和F2的合力
力的合成
定义:求几个力的合力的过程叫做力的合成
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