
幾個(gè)力如果都作用在物體的同一點(diǎn),或者他們的作用線交于一點(diǎn),我們把這幾個(gè)力叫做共點(diǎn)力。
一個(gè)靜止的物體,在某平面上受到5個(gè)力作用,你能判斷它將向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)嗎?如果我們能找到一種方法,即“用一個(gè)力的單獨(dú)作用替代兩個(gè)力的共同作用,而效果不變”,上述問(wèn)題就迎刃而解了。你覺(jué)得這個(gè)力和被替代的兩個(gè)力會(huì)有怎樣的關(guān)系呢?
觀察下面的情景圖片,結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)思考:兩位小孩對(duì)水桶施加的兩個(gè)力與一個(gè)大人對(duì)水桶施加的一個(gè)力,就“提起水桶”這一作用效果而言,相同嗎?他們可以相互代替嗎?
1.合力:假設(shè)一個(gè)力單獨(dú)作用的效果跟某幾個(gè)力共同作用的效果相同,這個(gè)力就叫做那幾個(gè)力的合力。
2.分力:假設(shè)幾個(gè)力共同作用的效果跟某個(gè)力單獨(dú)作用的效果相同,這幾個(gè)力就叫作那個(gè)力的分力。
1.等效性:合力的作用效果與分力的共同作用效果相同,它們?cè)谛Ч峡梢韵嗷ヌ娲??!暗刃娲?br/>2.同體性:各個(gè)分力是作用在同一物體上的,分力與合力為同一物體,作用在不同物體上的力不能求合力。
3.瞬時(shí)性:各個(gè)分力與合力具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系,某個(gè)分力變化了,合力也同時(shí)發(fā)生變化。
一、力的合成和分解定義
1.力的合成:我們把求幾個(gè)力的合力的過(guò)程叫做力的合成。
2.力的分解:我們把求一個(gè)力的分力的過(guò)程叫做力的分解。
二、同一直線上兩個(gè)力的合成法則
同一直線上的兩個(gè)力的合成法則:
(1)如果兩個(gè)力不在同一直線上,求兩個(gè)力的合力是否還遵循直接加減的代數(shù)運(yùn)算法則?
(2)動(dòng)手小實(shí)驗(yàn):利用兩只彈簧測(cè)力計(jì)、一個(gè)重物。如圖做實(shí)驗(yàn),比較F和F1+F2 的關(guān)系,你有何發(fā)現(xiàn)?
三、探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律
方木板一塊、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(幾個(gè))、細(xì)芯鉛筆。
(1)若用一個(gè)力F′或兩個(gè)力F1和F2共同作用都能把橡皮條沿某一方向拉伸至相同長(zhǎng)度,即力F′與F1、F2共同作用的效果相同,那么F′為F1、F2的合力。(2)用彈簧測(cè)力計(jì)分別測(cè)出F′和F1、F2的大小,并記下它們的方向,作出F′和F1、F2的圖示,以F1、F2的圖示為鄰邊作平行四邊形,其對(duì)角線即為用平行四邊形定則求得的F1、F2的合力F。(3)比較F′與F,若它們的長(zhǎng)度和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相等,則可以證明互成角度的兩個(gè)力合成遵從平行四邊形定則。
(1)用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上。(2)用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn),橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套。(3)用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條的結(jié)點(diǎn)伸長(zhǎng)到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1和F2,用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩的方向。
(4)只用一只彈簧測(cè)力計(jì)通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F′和細(xì)繩套的方向。(5)改變兩個(gè)力F1和F2的大小和夾角再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。
(1)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩套的方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形,過(guò)O點(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線,此對(duì)角線即為合力F的圖示。(2)用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的F′的方向作出這只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F′的圖示。(3)比較F′和根據(jù)平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同。
當(dāng)兩個(gè)互成角度的兩個(gè)力合成時(shí),如果以表示這兩個(gè)力的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。
【例題】力F1=45N,方向水平向右。力F2=60N,方向豎直向上。求這兩個(gè)力的合力F的大小和方向。
解析:作圖法求合力
大?。篎 = 15×5 N= 75 N
方向:與F1成53°斜向右上方
解析:計(jì)算法求合力
方向:斜向右上方與F1成
(1)F1、F2大小一定,夾角增大,合力如何變化? 合力什么時(shí)候最大,什么時(shí)候最小?合力的范圍如何?
①F1和F2 大小不變時(shí),F(xiàn)合隨F1和F2的夾角增大而減??;
②θ=00時(shí),F(xiàn)合=F1+F2 ,與兩個(gè)力的方向相同,此時(shí)合力最大;
③θ=180°時(shí),F(xiàn)合=|F1-F2|,與較大的力方向相同 ,此時(shí)合力最小。
(2)合力的大小可以小于分力的大小嗎?合力的大小可以等于分力的大小嗎?根據(jù)平行四邊形定則請(qǐng)加以說(shuō)明。
①合力可能大于、等于、小于任一分力;
②兩分力F1、F2大小相等,兩個(gè)分力的夾角為120度,合力等于分力。
(3)求以下三種情況的最大值和最小值 ①大小為1N、2N、3N三力的合力最大值和最小值? ②大小為2N、2N、2N三力的合力最大值和最小值? ③大小為2N、2N、5N三力的合力最大值和最小值?
最大值:三個(gè)力同向時(shí),三力合力最大,代數(shù)和相加;
最小值:①若一個(gè)力在另外兩個(gè)力和與差之間,則它們的合力最小值為零; ②若一個(gè)力不在另外兩個(gè)力與差之間,則合力的最小值等于三個(gè)力 中最大的力減去另外兩個(gè)力的和
如果在上述力的合成實(shí)驗(yàn)中,先用一個(gè)測(cè)力計(jì)把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn),此時(shí)的拉力記為F,再用兩個(gè)測(cè)力計(jì)互成角度的將橡皮條拉至同一O點(diǎn),此時(shí)兩測(cè)力計(jì)的拉力記為F1和F2,那么F1和F2就可以看成F的分力,就變成了“探究力的分解規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)了,因此,力的分解也遵從平行四邊形定則。
1.力的分解遵循的法則
力的分解是力的合成的逆運(yùn)算。
(1)如果有一個(gè)力F,沒(méi)有其他條件的限制,讓你對(duì)其分解,你認(rèn)為能得到幾組分力的情況?
(2)如果有一個(gè)力F,要求有確定且符合實(shí)際的分力,你認(rèn)為應(yīng)該如何分解?
按力所產(chǎn)生的實(shí)際作用效果進(jìn)行分解。
放在水平地面上的行李箱受到一個(gè)斜向上方的拉力F的作用,且F與水平方向成θ角,如圖所示.怎樣把力F按其作用效果分解?它的兩個(gè)分力的大小、方向如何?
傾角為θ的斜面上放有一個(gè)物體,如圖所示。該物體受到的重力G能對(duì)物體產(chǎn)生那些效果?應(yīng)當(dāng)怎樣分解重力?分力的大小各是多大?
輕桿AC 和BC通過(guò)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸鏈拴于墻上 ,AC 桿水平。在它們的連接處C點(diǎn)施加一個(gè)豎直向下的力F,應(yīng)當(dāng)怎樣分解F,分力的大小各是多大?
車為什么可以被輕易拉動(dòng)呢?
當(dāng)合力不變時(shí),大小相等的兩分力隨著夾角的增大而增大,實(shí)現(xiàn)“四兩撥千斤”。
1.定義:把力沿著兩個(gè)選定的互相垂直的方向分解
正交——相互垂直的兩個(gè)坐標(biāo)軸
是把復(fù)雜的利用平行四邊形定則進(jìn)行力的合成轉(zhuǎn)化為普通的代數(shù)運(yùn)算,將力的合成化簡(jiǎn)為同向或反向或垂直方向。便于運(yùn)用普通代數(shù)運(yùn)算公式來(lái)解決力的合成。
正交分解法求合力,運(yùn)用了“欲合先分”的策略,即為了合成而分解,降低了運(yùn)算的難度,是一種重要思想方法。
3.正交分解的基本思想
2.標(biāo)量:在物理學(xué)中,只有大小而沒(méi)有方向的物理量叫標(biāo)量。
1.矢量:在物理學(xué)中,既有大小又有方向的物理量叫矢量。
如:位移,力,速度等等
如:時(shí)間,路程,質(zhì)量,溫度,長(zhǎng)度,能量等等
矢量運(yùn)算法則:平行四邊形法則
標(biāo)量運(yùn)算法則:算術(shù)加法法則
Fmax=F1+F2;Fmin=|F1-F2|
F1和F2 大小不變時(shí),F(xiàn)合隨F1和F2的夾角增大而減小
1.物體同時(shí)受到同一平面內(nèi)三個(gè)共點(diǎn)力的作用,下列幾組力的合力可能為零的是( )A.5N、7N、8NB.5N、2N、3NC.1N、5N、10ND.10N、10N、10N
2.如圖所示為兩個(gè)共點(diǎn)力的合力F隨兩分力的夾角θ變化的圖像,則這兩個(gè)分力的大小可能為( )A.1N和4NB.2N和3NC.1N和5ND.2N和4N
3.如圖所示,重力為G的小球靜止在斜面上,下列關(guān)于重力的兩個(gè)分力說(shuō)法正確的是( )A.F1是小球?qū)醢宓膲毫?,大小為B.F2是小球?qū)π泵娴恼龎毫?,大小為C.F1是小球所受重力的一個(gè)分力,大小為D.由于重力的存在,小球同時(shí)受G、F1、F2的作用
4.如圖所示,小球被輕繩系住,靜止在光滑斜面上。若按力的實(shí)際作用效果來(lái)分解小球受到的重力G,則G的兩個(gè)分力的方向分別是圖中的( ) A.1和2B.1和3C.2和3D.1和4
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