普通高中物理必修一 第三章第4节 力的合成和分解

这是一篇关于“力的合成和分解”的竖屏思维导图，主要内容包括：合力与分力、力的合成和分解、矢量与标量。本节内容是物体受力分析之后，解决如何对力进行处理的一节内容。作为备课参考。

• 普通高中物理必修一 第三章第4节 力的合成和分解
• 内容来源|普通高中教科书 物理 必修第一册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 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”止述问题就迎刃而解了。你觉得这个力和被替代的两个力会有怎样的关系呢？
• 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，这几个力叫作共点力。
• 合力和分力
• 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
  • 举例
    • 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。
      • 图中F是F1和F2的合力。
    • 一盏吊灯悬吊在天花板上保持静止，悬线对吊灯的拉力是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。
      • 图中F1和F2是F的分力。
  • 定义
    • 合力：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。
    • 分力：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。
• 力的合成和分解
• 在物理学中，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。
• 实验 探究两个互成角度的力的合成规律
  • 操作
    • 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。
    • 用手通过两个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，橡皮条伸长的他要EO。
    • 撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使它处于O点。
  • 原理
    • 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。
  • 探究
    • 作图
      • 由纸上的O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F（三个力的方向沿着各自拉线的方向，三个力的大小由弹簧测力计读出）
    • 猜想
      • 三个力的大小和方向有什么关系？
        • 用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，能看到所围成的形状像是一个平行四边形。
    • 检验
      • 用作图工具进行检验，并改变拉力F1和F2的大小和方向，重做实验，检验所围成的图形是不是平行四边形。
  • 拓展
    • 本实验，如果把操作步骤的2与3对调，即先用拉力F把圆环拉到O点，再用拉力F1和F2共同拉圆环产生相同效果，则F1和F2就是F的分力，这个实验就变成了“探究力的分解规律”的实验。
• 平行四边形定则
  • 在两个力合成时，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。
    • 力的分解也遵从平行四边形定则。
      • 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，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。
    • 如果两个以上的共点力作用在一个物体上，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。
• 例题 某物体受到一个大小为32N的力，方向水平向右，还受到另一个大小为44N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。
  • 选择某一标度，例如用1cm长的线段表示10N的力。
  • 作出二力合成的平行四边形，用刻度尺测量表示合力F的对角线的长度，求出合力的大小。用量角器测出合力F与力F1的夹角，表示合力的方向。
• 矢量和标量
• 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叫作矢量。
    • 物理量
      • 力：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同。
      • 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，在整个运动过程中，这个人的位移是AC，AC是合位移。位移 合成时也遵从平行四边形定则。
      • 速度、加速度也都是矢量。
• 标量
  • 只有大小、没有方向，相加时遵从算术法则的物理量叫作标量。
    • 物理量
      • 在我们学过的物理量中，质量、路程、功、电流等都是标量。
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