学习目标:1.合力与分力的概念,感受等效取代的思想。2.把握实验探究求合力的方式----力的平行四边形定则,晓得它是矢量运算的普遍法则。3.会用画图法和估算法求共点力的合力(共点力的概念)。4.会用平行四边形定则进行力的分解;晓得力的分解可以按疗效分还可以按需分(正交分解),晓得分解是为了更好的合成力的正交分解,力的合成和分解都是为了研究实际问题“共点力的平衡”。【课本P68:问题】初中我们学过:一个静止的物体在某个方向遭到一个恒力,它将往这个方向运动。倘若我们能找到一种方式,即“用一个力的单独作用取代两个力的共同作用,而疗效不变”,上述问题就迎刃而解了。你认为这个力和被取代的两个力会有如何的关系一个静止的物体,在某平面上受到个力作用,你能判定它将向那个方向运动吗?三位朋友的力【介绍一个概念】共点力:几个力假如都作用在物体的同一点,或则它们的作用线相交于一点,这几个力叫作共点力。下边我们先研究共点力的合成。72--问题】图甲、乙、丙、丁分别画出了重力为G的共同作用下处于平衡状态的情况,这种力都坐落同一平面内。按照每幅图中各个力作用线的几何关系,可以把上述四种情况的受力分成两类,你觉得什么情况属于同一类?你是按照哪些来界定的?生活中经常看到这样的例子:一个力的单独作用与两个或则更多力的共同作用,其疗效相同。
比如,两个儿子分别使劲F同提着一桶水,水桶静止(图3.4-1甲);一个大人单独向下使劲F也能提着这桶水,让水桶保持静止(图3.4-1乙)。变式:缩小版提水一盏台灯悬吊在天花板上保持静止,悬线对灯具的拉力是F(图3.4-2甲);若用两根线共同悬挂灯饰,悬线左端分别固定在天花板的左右两处,线的拉力是F能形成使灯具保持静止的疗效(图3.4-2乙)。1.定义:假定一个力单独作用的疗效跟某几个力共同作用的疗效相同,这个力就叫作那几个力的合力。假定几个力共同作用的疗效跟某个力单独作用的疗效相同力的正交分解,这几个力就叫作那种力的分力。一.合力与分力【问题】那能不能说一个物体同时既受了分力又遭到了合力呢?2.合力与分力是等效取代的关系。(等效取代是数学学中常用的方式,在之后的学习中,比如“运动的合成和分解”、“串并联总内阻”、“等效电路”、“交流电的有效值定义”等等,都要用到“等效取代”的方式。)在力的合成中:合力是表象的,用于取代多个力;在力的分解中:分力是表象的,用于取代那一个力。图3.4-1中的F是F的合力图3.4-2乙中的F的分力1.定义:在数学学中,我们把求几个力的合力的过程叫作力的合成;把求一个力的分力的过程叫作力的分解。
二.力的合成和分解【问题】那么我们怎么来求两个力的合力呢?又如何把一个力分解为两个力呢?下边我们先来探究“力的合成”满足的规律。2.力的合成规律:7N同仍然线上两个力的合成方向:与两力方向相同1N方向:与较大力的方向相同注意:求出合力后一定要写出合力的方向。【问题】互成角度的力如何求合力?相同的疗效是指哪些?先验证同仍然线上的两个力合成。记录多次互成角度的两个分力?【思考】为什么互成角度的两个力的合力不再是两个力的大小的代数和呢?为了找到她们的共性,我们如何办?69:探究互成角度的力的合成规律实验器材:两个弹簧秤、橡皮条、细绳、木板、白纸、图钉、刻度尺等。阅读课本并思索几个问题:1.实验的目的是哪些?2.怎样设计实验方案?3.怎样保证合力与两分力作用疗效相同?4.力的大小怎么检测?5.力的方向怎样确定?1N步骤1:用两个力F共同作用在橡皮条上,使橡皮条从E点伸长到O点。记下O点位置;F的大小和方向。步骤2:只用一个弹簧称将同一个橡皮条从E伸至同一位置O点。记下F的大小和方向。步骤3:用同一标度,将三个力在同一点使劲的图示下来,观察它们之间的位置关系。步骤4:换个角度再验证一次。2.力的合成规律:互成角度的两个力的合成(实验推论):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,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。
应用平行四边形定则注意四点:分力、合力起点相同;合力是两个分力所夹的那条对角线;合力与分力画虚线,其余画实线;求出大小还要记得方向。平形四边形定则适用于任何矢量的合成。P70:矢量和标量内容----Δ法则(的另一种方式)---基训力的合成的平行四边形定则只适用于共点力。平行四边形定则实验推论:多次实验后,可得出推论:在实验偏差容许的范围内,两个力的合力为以这两分力为邻边做出的平行四边形的对角线。同仍然线上的力的合成:P69-最后一段:在上述实验中,假如把图3.4-3乙和图3.4-3丙的操作次序对调,即先用拉力F把圆环拉到O点,再用拉力F就是F的分力,这就弄成了“探究力的分解规律”的实验。因为各个力的数据都没有改变,因而,力的分解也遵照平行四边形定则。P70--第2段:须要强调的是,假如没有限制,对于同一条对角线,可以做出无数个不同的平行四边形(图3.4-5)。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。一个已知力到底该怎么分解,要按照具体问题来确定。2.力的合成规律:遵守定则先求出两个力的合力,再求出这个合力跟第三个力的合力,直至把所有的力都合成进去,最后得到的结果就是这种力的合力。
逐次合成法4.多个力的合成思索:若两个以上的力作用在一个物体上时怎么求合力?【例题】某物体遭到一个大小为32N的力,方向水平往右,还遭到另一个大小为44N的力,方向竖直向下。通过画图求出这两个力的合力的大小和方向。【解析】选择某一标度,比如用1cm长的线段表示10按照题意,做出二力合成的平行四边形(图3.4-6)。表示F段长3.20cm,表示F的有向线段长4.40cm。用刻度尺检测后获知,表示合力F的对角线长为5.44cm,则大小:F=5./cm=54.4的倾角为54。解法1:画图法(即力的图示)求合力画图时的注意事项:画图时要先确定力的标度,同一图上的各个力必须采用同一标度。(2)表示分力和合力的有向线段共点要画成虚线,与分力平行的对边要画成实线。在表示力的线段上要画上刻度和箭头。解:由直角三角形知识可得:=11/8即:方向与F解法2:估算法求合力估算法的注意事项:估算法只限于用直角三角形知识求解(没有直角建立直估算法虽不要求象画图法那样按标度画力的大小,但对所画的受力图仍要按比列画,角度要尽量确切。先根据平行四边形定则画出力的平行四边形,之后根据物理公式算出对角线所表示的合力的大小和方向。
三.合力的求解1.画图法(使劲的图示量出力)2.估算法:利用直角三角形用几何知识算下来两旁垂直:两等大力倾角为θ:两等大力倾角120:讨论:在两个分力F大小不变的情况下,合力随倾角怎样变化?(倾角为0,即方向相同)合力最小:(倾角为180即方向相反)a.两个力合力的大小范围:合力可能小于、等于、小于任一分力c.分力大小不变,合力随倾角的减小而降低。讨论:在两个分力F大小不变的情况下,合力随倾角怎样变化?d.合力大小不变,两个分力随倾角的减小而减小。注意:同仍然线上力的合成是平行四边形定则应用的特例。两个力合成:这儿开始板书【例1】关于两个大小不变的共点力F与其合力F的关系,下述说法中正确的是(A.分力与合力同时作用在物体上B.分力同时作用于物体时形成的疗效与合力单独作用于物体时形成的疗效相同C.F的大小随F间倾角的减小而减小D.F的大小随F间倾角的减小而降低E.F的大小一定小于F中的最大者F.F的大小不能大于F中的最小者BD3.例题精讲【例2】两个共点力,大小都是50N,假如要使这两个力的合力也是50N,这两个力之间的倾角应为(【例3】两个共点力的合力最大值为35N,最小值为5152025【例4】课本P71---1,2;基训P49---2,5,8四.分力的求解1.【先看例题】课本P71---4;P71---52.实际情况中力的分解原则:(1)按实际疗效分:课本P71---6,7;P76---5;(2)正交分解(按需分):例题【问题】1.请朋友们思索正交分解的步骤?2.正交分解有何深意?定义:把力顺着两个选取的相互垂直的方向分解,叫做力的正交分解法。
目的:是化复杂的矢量运算为普通代数运算,它是处理力的合成与分解的复杂问题的一种简便方式。正交分解法的基本思想:先分解后合成;即为了合成而分解。(2)力的正交分解力的正交分解正交分解步骤:a.构建xoy直角座标系;b.沿xoy轴将各力分解;c.求xy轴上的合力Fx,Fy;d.最后求Fx和Fy的合力F:2y问题:如何去选定座标呢?1.求以下四个力的合力的大小和方向:2.如图所示:已知:F=6N53大小依次为19N、40N、30N和15N,方向如图所示,求它们的合力的大小和方向。[解析]由....,如....,完善直角座标系:cos37-Fcos37=27sin37+Fsin37-F272727对于同一物体形成相同的疗效力的合成平行四边形定则以两个共点力为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向