《科学探究：力的合成》力与平衡PPT课件

《科学探究：力的合成》力与平衡PPT课件

第一部分内容：课标要求

1.知道共点力、合力、分力、力的合成的概念。

2.理解力的平行四边形定则，知道它是矢量运算的普遍法则。

3.掌握求合力的方法，会计算共点力的合力。

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科学探究力的合成PPT，第二部分内容：自学新教材

一、共点力的合成

1．填一填

(1)共点力：如果几个力同时作用在物体上的____，或它们的______相交于同一点，我们就把这几个力称为共点力。

(2)合力与分力：当物体同时受到几个力的作用时，我们可以用一个力来代替它们，且产生的_____相同。物理学中把这个力称为那几个力的_____，那几个力则称为这个力的_____。

(3)力的合成：求几个力的_____的过程称为力的合成。

2．判一判

(1)作用在同一物体上的几个力一定是共点力。( )

(2)共点力一定作用于物体上的同一点。( )

(3)作用在同一物体上的力的合力一定为零。( )

(4)两个共点力共同作用的效果与其合力作用的效果相同。( )

3．选一选

(1)[多选]如图甲所示，在半球形的碗中放一木杆，碗的A、B两点对杆的支持力分别为F1和F2；图乙中杆的一端O用铰链固定在墙上，另一端A处用竖直向上的力F将杆拉住，以下说法正确的是(　　)

A．图甲中F1与F2没有作用在同一点，不是共点力

B．图甲中F1与F2的作用线的延长线交于一点，这两个力是共点力

C．图乙中力F与杆的重力G没有作用于一点且作用线的延长线不可能相交，不是共点力

D．图乙中若F垂直于杆向上，则F与G也不是共点力

(2)[多选]关于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受的力

D．两力F1、F2与F是物体同时受到的三个力

二、平行四边形定则

1．填一填

(1)平行四边形定则：若以表示互成角度的两共点力的有向线段为邻边作_____，则两邻边间的_____所对应的这条有向线段就表示这两个共点力的合力大小和方向，如图所示。

(2)多个力的合成方法：如果物体受到三个或更多个共点力的作用，可用平行四边形定则先求出其中_____个力的合力，然后用平行四边形定则再求出这个_____与第三个力的合力，直到把_____都合成为止，最后得到这些力的合力。

(3)矢量与标量的运算法则：矢量相加时遵循_____定则，标量相加时遵循_____相加法则。

2．判一判

(1)合力就是物体实际受到的几个力的和。 ( )

(2)两个力的合力一定大于其中任意一个分力。 ( )

(3)两个力的合力的方向可能与两个分力的方向都不同。 ( )

(4)多个共点力求合力时平行四边形定则也适用。 ( )

3．想一想

港珠澳大桥于2018年10月24日上午9时正式通车，它是世界上最长的跨海大桥，港珠澳大桥全长55公里，其主体工程由6.7公里的海底沉管隧道、长达22.9公里的桥梁段、逾20万平方米的东、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。

(1)这对钢索对塔柱形成的合力大小能直接相加吗？

(2)两条钢索对塔柱形成的合力如何计算？

提示：(1)不能，因为两条钢索的拉力不在同一方向上。

(2)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。

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科学探究力的合成PPT，第三部分内容：提升新知能

突破点一 合力与分力的关系

[学透用活]

1．合力与分力的三个性质

2．合力与分力的大小关系

当两个分力F1、F2大小一定时：

(1)两力同向时合力最大：F＝F1＋F2，方向与两力同向。

(2)两力反向时合力最小：F＝|F1－F2|，方向与其中较大的力同向。

(3)两力夹角为θ时，如图所示，合力随θ的增大而减小，随θ角的减小而增大，合力大小的范围是：|F1－F2|≤F≤F1＋F2。

(4)合力可以大于、等于两分力中的任何一个力，也可以小于两分力中的任何一个力。

[典例1]　[多选]下列关于合力与分力的说法正确的是 ( 　)

A．合力与分力同时作用在物体上

B．分力同时作用于物体时共同产生的效果与合力单独作用时产生的效果是相同的

C．合力可能大于分力，也可能小于分力

D．当两分力大小不变时，增大两分力间的夹角，则合力一定减小

[思路点拨]　解答本题时需要把握以下两点：

(1)合力与分力作用效果相同，但不同时作用在物体上；

(2)合力与分力遵循平行四边形定则。

[对点练清]

1．已知两个共点力大小分别为F1＝10 N，F2＝20 N，则这两个力的合力可能是(　　)

A．5 N　 B．20 N

C．35 N D.40 N

2．[多选]对两个大小不等的共点力进行合成，则 (　　)

A．合力一定大于每个分力

B．合力可能同时垂直于两个分力

C．合力的方向可能与一个分力的方向相反

D．两个分力的夹角在0°到180°之间变化时，夹角越小，合力越大

3．有两个共点力，一个是F1＝40 N，一个是F2，它们的合力是F＝100 N，则F2的大小可能是(　　)

A．20 N B．40 N

C．80 N D.160 N

突破点二 求合力的方法

[学透用活]

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

可以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，即为合力。求合力的三种情况：

[典例2]　杨浦大桥是继南浦大桥之后又一座跨越黄浦江的我国自行设计建造的双塔双索面叠合梁斜拉桥，如图所示，挺拔高耸的208 m主塔似一把利剑直刺穹苍，塔的两侧32对钢索连接主梁，呈扇面展开，如巨型琴弦，正弹奏着巨龙腾飞的奏鸣曲。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，那么这对钢索对塔柱形成的合力有多大？方向如何？

[解析]　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，由对称性可知，合力方向一定沿塔柱竖直向下，下面用两种方法计算这个合力的大小：

法一：作图法(如图甲所示)

自O点引两根有向线段OA和OB，它们跟竖直方向的夹角都为30°，取单位长度为1×104 N，则OA和OB的长度都是3个单位长度，量得对角线OC长为5.2个单位长度，所以合力的大小为F＝5.2×1×104 N＝5.2×104 N，方向竖直向下。

[规律方法]

作图法与计算法的比较

(1)作图法的优点是形象直观，缺点是不够精确。作图时应注意采用统一的标度，标出箭头且实线、虚线要分明。

(2)计算法的优点是精确。应用计算法时先用平行四边形定则作图，再通过数学知识计算出合力。作图时，尽量通过添加辅助线得到一些特殊的三角形，这样便于计算。

(3)计算法求合力时常用到的几何知识，如直角三角形、等边三角形、等腰三角形等，这样便于计算。

突破点三 多力合成的分析与计算

[学透用活]

1．三个共点力的合成

(1)最大值：当三个力F1、F2、F3同向时，其合力最大，且Fmax＝F1＋F2＋F3。

(2)最小值：先确定任意两个力的合力大小范围，若第三个力属于这个范围，则这三个力合力的最小值为零；若第三个力不属于这个范围，则这三个力合力的最小值为两个较小力之和与第三个力之差的绝对值。

2．多个共点力的合成

确定多个共点力的合力时，一般先将同向或反向的共点力合成，然后再看各个力的空间分布有无特点，如空间分布是否具有对称性，两个力的夹角是否为特殊角等；再将空间分布有特点的力合成。有选择地依次合成，可简化求解过程。

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科学探究力的合成PPT，第四部分内容：训练新素养

一、一力与多力的关系(核心素养之物理观念)

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两个力的共同作用，而效果不变”，上述问题就迎刃而解了。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。你觉得这个力和被替代的两个力或多个力会有怎样的关系呢？

二、提水桶问题(核心素养之科学探究)

如图，两人用同样大小的力共提一桶水，两人手臂间的夹角大些省力，还是夹角小些省力？请通过推导得出你的结论。

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