
第1課時(shí) 合力和分力探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)共研·突破關(guān)鍵能力精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)一、合力和分力1.共點(diǎn)力:幾個(gè)力如果都作用在物體的________,或者它們的作用線___________,這幾個(gè)力叫作共點(diǎn)力.2.合力與分力:假設(shè)一個(gè)力單獨(dú)作用的________跟某幾個(gè)力共同作用的________相同,這個(gè)力就叫作那幾個(gè)力的________,那幾個(gè)力叫作這個(gè)力的________.3.合力與分力的關(guān)系:合力與分力之間是一種等效替代的關(guān)系,合力作用的________與分力______________相同. 等效法同一點(diǎn)相交于一點(diǎn)效果效果合力分力效果共同作用的效果二、實(shí)驗(yàn):探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律(一)實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、__________(兩個(gè))、橡皮條、小圓環(huán)、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、________、圖釘(若干)、鉛筆.彈簧測(cè)力計(jì)刻度尺(二)實(shí)驗(yàn)思路1.實(shí)驗(yàn)的基本思想——________法.2.實(shí)驗(yàn)思路(1)記錄分力:通過兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地________拉動(dòng)小圓環(huán)處于某一點(diǎn),記錄F1、F2.(2)記錄合力:改用一個(gè)__________單獨(dú)拉住小圓環(huán),仍使小圓環(huán)處于同一位置,記錄F.(3)觀察圖形:用力的圖示法畫出拉力F1、F2和F.用虛線把拉力F的箭頭分別與F1、F2的箭頭連接,觀察所圍成的形狀像不像一個(gè)________形.等效替代共同彈簧測(cè)力計(jì)平行四邊3.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(1)兩組物理量的測(cè)量:①分力的測(cè)量:測(cè)量分力F1大小和方向、F2大小和方向.②合力的測(cè)量:測(cè)量合力F大小和方向.(2)畫四邊形.三、實(shí)驗(yàn)步驟1.裝置安裝:在方木板上用圖釘________一張白紙,如圖甲,輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端,在小圓環(huán)上系兩個(gè)細(xì)繩套,橡皮條另一端固定,長(zhǎng)度為GE.固定 指針指在零刻度上2.兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的使用:如圖乙,用手通過兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地共同拉動(dòng)小圓環(huán),使小圓環(huán)處于O點(diǎn),橡皮條伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度為OE.用鉛筆描下_________、細(xì)繩套的_______,并記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù). 讀數(shù)時(shí)應(yīng)正視、平視刻度3.一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的使用:如圖丙,改用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)單獨(dú)拉住小圓環(huán),仍使它處于O點(diǎn),記下彈簧測(cè)力計(jì)的________和細(xì)繩套的________.4.觀察圖形:如圖丁,由紙上O點(diǎn)出發(fā),用力的圖示法畫出拉力F1、F2和F.用虛線把拉力F的箭頭分別與F1、F2的箭頭________,能看到所圍成的形狀像是一個(gè)________形.5.重復(fù)實(shí)驗(yàn):用作圖工具進(jìn)行檢驗(yàn),并改變拉力F1和F2的大小和方向,重做實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)所圍成的圖形是不是平行四邊形.O點(diǎn)位置方向讀數(shù)方向連接平行四邊四、數(shù)據(jù)收集與分析1.分力數(shù)據(jù)的收集:兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度,拉力F1大小和方向、F2大小和方向.2.合力數(shù)據(jù)的收集:一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì),拉力F的大小和方向.3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:以F1、F2為鄰邊,F(xiàn)為對(duì)角線所圍成的四邊形形狀是平行四邊形,所以兩個(gè)互成角度的力的合成遵循平行四邊形定則. 認(rèn)識(shí)共點(diǎn)力和非共點(diǎn)力如下圖所示 等效法“等效法”是指在保證效果相同的前提下,將陌生的、復(fù)雜的、難處理的問題轉(zhuǎn)換成熟悉的、易處理的問題的一種方法,將問題簡(jiǎn)化而便于求解.它是常用的科學(xué)思維方法. (1)位置不變:在同一次實(shí)驗(yàn)中,兩次拉長(zhǎng)橡皮條時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同.(2)拉力方向及記錄:在使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí),應(yīng)通過細(xì)繩套拉動(dòng)小圓環(huán),這時(shí),彈簧與木板面平行,避免彈簧與彈簧測(cè)力計(jì)外殼有摩擦;為了提高實(shí)驗(yàn)精度,細(xì)繩略長(zhǎng)一些好,以便更好地確定拉力的方向.(3)角度合適:有兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí),兩拉力的夾角不要太大,也不要太小,在60°~120°為宜,作力的圖示時(shí),標(biāo)度要適當(dāng)大些.(4)拉力合適:在滿足拉力不超過彈簧測(cè)力計(jì)的量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下,應(yīng)該使拉力盡量大一些,以減小實(shí)驗(yàn)誤差.?、僭谕淮螌?shí)驗(yàn)中,選定的標(biāo)度要相同;②嚴(yán)格按力的圖示要求作出F1、F2和F的圖示,連接成四邊形.共研·突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一 合力與分力的關(guān)系【導(dǎo)思】(選自魯科版新教材“迷你實(shí)驗(yàn)室”)在一只帶把手的杯子里加半杯水,用一根橡皮筋水平拉著,如圖所示,直到把杯子拉動(dòng),感受兩手用力的大小.當(dāng)兩側(cè)橡皮筋之間的夾角增大時(shí),同樣拉動(dòng)杯子,你感覺兩手所用的力是增大了還是減小了?提示:當(dāng)兩側(cè)橡皮筋之間的夾角增大時(shí),同樣拉動(dòng)杯子,感覺兩手所用的力增大了.【歸納】1.合力與分力的大小關(guān)系兩分力大小不變時(shí),合力F隨兩分力夾角θ的增大而減小,隨夾角θ的減小而增大(0°≤θ≤180°).(1)兩分力同向(θ=0°)時(shí),合力最大,F(xiàn)=F1+F2,合力與分力同向.(2)兩分力反向(θ=180°)時(shí),合力最小,F(xiàn)=|F1-F2|,合力的方向與較大的一個(gè)分力的方向相同.(3)合力的取值范圍:|F1-F2|≤F≤F1+F2.2.合力與分力的三個(gè)關(guān)系特性【典例】例 1 (多選)關(guān)于F1、F2及它們的合力F,下列說法中正確的是( )A.合力F一定與F1、F2共同作用產(chǎn)生的效果相同B.兩力F1、F2一定是同種性質(zhì)的力C.兩力F1、F2一定是同一個(gè)物體受到的力D.兩力F1、F2與F是物體同時(shí)受到的三個(gè)力答案:AC解析:只有同一個(gè)物體受到的力才能合成,分別作用在不同物體上的力不能合成.合力F是對(duì)力F1、F2的等效替代,兩力可以是不同性質(zhì)的力,分析物體的受力時(shí),合力與分力不能同時(shí)存在.所以選項(xiàng)A、C正確.例 2 (多選)兩個(gè)共點(diǎn)力F1和F2間的夾角為θ,其合力大小為F,現(xiàn)保持θ角及F1的大小不變,將F2的大小增大為F′2,這時(shí)兩個(gè)共點(diǎn)力的合力大小變?yōu)镕′,則以下關(guān)于F和F′的大小的說法中,正確的是( )A.一定有F′>F B.可能有F′F;由圖丙可知,當(dāng)θ>90°時(shí),分力F2增大,合力先減小后增大,也可能一直增大.故可能有F′F,故B、C正確.目標(biāo)二 實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理【典例】例 3 以下是某實(shí)驗(yàn)小組“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的過程.(1)首先進(jìn)行如下操作:①如圖甲,輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端,另一端固定,橡皮條的長(zhǎng)度為GE;②如圖乙,用手通過兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)共同拉動(dòng)小圓環(huán).小圓環(huán)在拉力F1、F2的共同作用下,位于O點(diǎn),橡皮條伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度為EO;③撤去F1、F2,改用一個(gè)力F單獨(dú)拉住小圓環(huán),仍使其位于O點(diǎn),如圖丙.同學(xué)們發(fā)現(xiàn),力F單獨(dú)作用,與F1、F2共同作用的效果是一樣的,都使小圓環(huán)保持靜止,由于兩次橡皮條伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度相同,即________________,所以F等于F1、F2的合力.相同的作用效果(2)然后實(shí)驗(yàn)小組探究了合力F與分力F1、F2的關(guān)系:①由紙上O點(diǎn)出發(fā),用力的圖示法畫出拉力F1、F2和F(三個(gè)力的方向沿各自拉線的方向,三個(gè)力大小由彈簧測(cè)力計(jì)讀出);②用虛線將拉力F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接,如圖丁,得到的啟示是________________;③多次改變拉力F1、F2的大小和方向,重做上述實(shí)驗(yàn),通過畫各力的圖示,進(jìn)一步檢驗(yàn)所圍成的圖形.實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn):在兩個(gè)力合成時(shí),以表示這兩個(gè)力的有向線段為鄰邊作平行四邊形,這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線就代表合力的大小和方向,這個(gè)規(guī)律叫作_____________.可能構(gòu)成平行四邊形平行四邊形定則解析:(1)橡皮條對(duì)小圓環(huán)的拉力相同,即相同的作用效果.(2)②得到的啟示是可能構(gòu)成平行四邊形.③表示這兩個(gè)力的有向線段為鄰邊作平行四邊形,這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線就代表合力的大小和方向,這個(gè)規(guī)律叫做平行四邊形定則.例 4 完成“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)主要步驟:(1)如圖甲,用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長(zhǎng),記下結(jié)點(diǎn)O的位置,兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2以及兩細(xì)繩的方向.(2)如圖乙,用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到________,記下細(xì)繩的方向(如圖丙中的c),讀得彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F=______.同一位置4.0 N解析:(2)用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O,記下細(xì)繩的方向,由圖乙可讀得彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F=4.0 N.(3)如圖丙,按選定的標(biāo)度作出了力F1、F2的圖示,請(qǐng)?jiān)趫D丙中:①按同樣的標(biāo)度作出力F的圖示.②用虛線把F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接,能看到所圍成的形狀像是一個(gè)__________.平行四邊形解析:(3)①作出力F的圖示如圖所示.②F1、F2和F的箭頭端連接后如圖所示,圍成的圖形像平形四邊形.目標(biāo)三 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)【典例】例 5 [2023·河北張家口高一月考]很多物理實(shí)驗(yàn),利用身邊的生活物品就可操作.一同學(xué)用電子秤、鏡框、細(xì)線和貼在墻上的白紙等物品,在家中探究力的平行四邊形定則.(1)如圖甲所示,在電子秤下端懸掛一鏡框,記下鏡框________時(shí)電子秤的示數(shù)F;(2)如圖乙所示,將三條細(xì)線L1、L2、L3的一端打結(jié),另一端分別拴在兩個(gè)電子秤掛鉤、鏡框上,互成角度地拉開細(xì)線L1、L2,使鏡框靜止.在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置和細(xì)線L1、L2、L3的________以及兩個(gè)電子秤的示數(shù)F1、F2;(3)在白紙上按一定標(biāo)度在O點(diǎn)作出拉力F(沿L3方向向上)、F1、F2的圖示,根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示,比較F′與________的大小和方向,即可判斷力的平行四邊形定則是否成立.靜止方向F解析:當(dāng)用三條細(xì)線懸掛鏡框時(shí),細(xì)線L1、L2的拉力F1、F2的作用效果與F作用效果相同,比較根據(jù)平行四邊形定則作出的F1、F2的合力F′與F的關(guān)系即可判斷平行四邊形定則是否成立.例 6 某學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),裝置如圖1所示,在豎直放置的木板上部附近兩側(cè),固定兩個(gè)力傳感器,同一高度放置兩個(gè)可以移動(dòng)的定滑輪,兩根細(xì)繩跨過定滑輪分別與兩力傳感器連接,在兩細(xì)繩連接的結(jié)點(diǎn)O處下方懸掛鉤碼,力傳感器1、2的示數(shù)分別為F1、F2,調(diào)節(jié)兩個(gè)定滑輪的位置可以改變兩細(xì)繩間的夾角.實(shí)驗(yàn)中使用若干相同的鉤碼,每個(gè)鉤碼的質(zhì)量均為100克,取g=9.8 m/s2.(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是________.A.實(shí)驗(yàn)開始前,需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi)B.每次實(shí)驗(yàn)都必須保證結(jié)點(diǎn)位于O點(diǎn)C.實(shí)驗(yàn)時(shí)需要記錄鉤碼數(shù)量、兩力傳感器的示數(shù)和三細(xì)繩的方向D.實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要一個(gè)力傳感器單獨(dú)測(cè)量懸掛于O點(diǎn)鉤碼的總重力(2)根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),該同學(xué)已經(jīng)按照力的圖示的要求畫出了F1、F2(如圖2所示),請(qǐng)你作圖得到F1、F2的合力F(只作圖,不求大小),并寫出該合力不完全豎直的一種可能原因____________________________.AC定滑輪有摩擦(或木板未豎直放置)解析:(1)本實(shí)驗(yàn)重力在豎直方向上,要在豎直平面內(nèi)作平行四邊形,則實(shí)驗(yàn)開始前,需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi),故A正確;因?yàn)橐嬈叫兴倪呅危瑒t需要記錄鉤碼數(shù)量、兩力傳感器的示數(shù)和三細(xì)繩的方向,但鉤碼重力、兩力傳感器的示數(shù)和三繩的方向都已知,所以不必保證結(jié)點(diǎn)每次都在同一位置,故B錯(cuò)誤、C正確;因?yàn)槊總€(gè)鉤碼的重力已知,所以不需要用力傳感器測(cè)鉤碼總重力,故D錯(cuò)誤;故選A、C.(2)根據(jù)平行四邊形定則作出合力F如圖所示:由于定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等原因?qū)е略摵狭Σ煌耆Q直.精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)1.“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩;圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖示.(1)某次實(shí)驗(yàn)中,拉OC細(xì)繩的彈簧測(cè)力計(jì)指針位置如圖甲所示,其讀數(shù)為________ N;在圖乙中用虛線連接F1、F2、F箭頭端(在誤差允許的范圍內(nèi))所圍成的形狀是一個(gè)____________.(2)關(guān)于此實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是________.A.與橡皮筋連接的細(xì)繩必須等長(zhǎng)B.用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí),應(yīng)使兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力相等,以便算出合力的大小C.用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí),結(jié)點(diǎn)位置必須與用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置重合D.拉橡皮筋的細(xì)繩要長(zhǎng)些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要短一些2.60平行四邊形C解析:(1)由圖可知,甲圖所示彈簧測(cè)力計(jì)的最小分度為0.1 N,則讀數(shù)為2.60 N;連接三個(gè)力的箭頭端,發(fā)現(xiàn)所圍成的圖形像一個(gè)平行四邊形.(2)與橡皮筋連接的細(xì)繩是為了確定細(xì)繩拉力的方向,兩繩的長(zhǎng)度不一定相等,故A錯(cuò)誤;用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí),只要使兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力的合力與一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉力的效果相同就行,兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力不需要相等,故B錯(cuò)誤;為了保證效果相同,兩次拉橡皮筋時(shí),需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉至同一位置,故C正確;標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要長(zhǎng)一些,這樣引起的拉力方向的誤差會(huì)小些,故D錯(cuò)誤.2.在進(jìn)行“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,用如圖(a)所示的兩個(gè)力拉彈簧使之伸長(zhǎng)至某一位置,并適當(dāng)調(diào)整力的方向,使兩力之間的夾角為90°.(圖中鉤碼規(guī)格相同)(1)換用一根線牽引彈簧如圖(b),使彈簧的伸長(zhǎng)量與兩個(gè)力作用時(shí)相同,此時(shí)需要掛________個(gè)與圖(a)中相同規(guī)格的鉤碼.(2)你對(duì)合力與分力遵循什么樣的規(guī)律作出的猜想是___________________________________.(3)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是________.A.理想實(shí)驗(yàn) B.等效替代C.控制變量 D.物理模型5力的合成遵循平行四邊形定則(或三角形定則)B解析:(1)設(shè)一個(gè)鉤碼的重力為G,圖(a)中互成90°的兩個(gè)力分別為4G和3G,則合力為5G,圖(b)中為了保持拉力的作用效果相同,故要掛5個(gè)相同的鉤碼.(2)根據(jù)3、4、5個(gè)鉤碼及夾角的關(guān)系,可知猜想出力的合成遵循平行四邊形定則或三角形定則.(3)該實(shí)驗(yàn)保證合力與幾個(gè)分力共同作用的作用效果相同,運(yùn)用了等效替代法,故選B.3.小明利用圖(甲)所示的方法做“探究二力合成的規(guī)律”實(shí)驗(yàn).(1)實(shí)驗(yàn)所用的一只彈簧測(cè)力計(jì)如圖(乙)所示,在用它測(cè)力前應(yīng)對(duì)它進(jìn)行的操作是________.調(diào)零解析:彈簧測(cè)力計(jì)指針不在零位置,故在用它測(cè)力前應(yīng)對(duì)它進(jìn)行的操作是調(diào)零.(2)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)如(丙)圖所示,小明用虛線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連接起來;觀察圖形后,他覺得所畫的圖形很像平行四邊形.至此,為正確得出求合力的一般方法,你認(rèn)為小明接下來應(yīng)該做些什么?(至少寫兩點(diǎn))①_________________________________________________.②_________________________________________________.改變F1、F2的大小和方向,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證猜想 把橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到另一位置,由對(duì)應(yīng)的F1、F2和F驗(yàn)證猜想解析:(2)根據(jù)所畫的圖形很像平行四邊形這一事實(shí),小明接下來應(yīng)該做以下事情:①改變F1、F2的大小和方向,把橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證猜想;②把橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到另一位置,測(cè)出對(duì)應(yīng)的F1、F2和F,驗(yàn)證猜想;③與同學(xué)交流,得出合理結(jié)論.
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