高中物理 第三章 研究物體間的相互作用 第三節(jié) 力的等效和替代（平行四邊形法則）素材 粵教版必修1（通用）

力的等效與替代 合力、分力、力的合成概念 這節(jié)課我們不研究電阻，我們研究的是力，如果一個力與幾個力的作用效果一樣，我們就說這一個力與幾個力是等價的。這個力就叫做那幾個力的合力，原來的那幾個力叫做分力。 首先我們了解一下什么是共點力，如果幾個力都作用在物體的同一點，或者幾個力的作用線相交于同一點，這幾個力就稱為共點力。如果我兩只手提著一根木棒的兩端，這兩個力是共點力嗎？雖然這兩個力的作用效果與我用一只手提著木棒的中點的作用效果是一樣的，但他們不是共點力，所以這一個力并不是這兩個力的合力。（黑板上畫圖） 求幾個力合力的過程叫做力的合成。注意力合成的思想：為了問題簡化，用一個力等效代替幾個力，并不是物體多受了一個合力。 那么幾個力的合力怎樣來求呢？下面我們先來回顧初中學(xué)的同一直線上的力的合成。 如果兩個力的方向相同，則F=F1+F2，如果兩個力的方向相反，則F=F1－F2。合力的方向呢？ 如果兩個力共點力不在同一直線，而是有一個夾角，那么這樣兩個力的合力是否就是兩個力的大小之和呢？ 再次演示實驗：用兩只彈簧測力計成一定角度提起一個鉤碼保持靜止，分別讀出兩只彈簧測力計的讀數(shù)，然后用一只彈簧測力計提起這個鉤碼也保持靜止，看這時彈簧秤的讀數(shù) 要求學(xué)生需要仔細觀察讀數(shù)，注意讀數(shù)方法，且計下讀數(shù)。判斷兩只彈簧測力計的示數(shù)之和是不是等于一只彈簧測力計的讀數(shù)？ 由實驗數(shù)據(jù)得出一只彈簧測力計的讀數(shù)不等于兩只彈簧測力計的讀數(shù)之和，而是比兩只彈簧測力計讀數(shù)之和小。而且兩只彈簧測力計所成角度改變，讀數(shù)也改變。 小結(jié)：在這里一只彈簧測力計的彈力為兩只彈簧測力計的彈力的合力，可見力的合成并不是簡單地相加減，那么它們之間的關(guān)系到底是怎樣的呢？ 為了得到它們的關(guān)系，這節(jié)課我們一起來進行探究。 實驗探究求合力的方法 1、首先明確實驗的目的是什么？ 2、設(shè)計實驗 根據(jù)提供的器材來探究求合力的方法，思考以下問題：（1）選擇的儀器起什么作用？（2）怎樣保證兩分力F1、F2的作用效果與合力F的作用效果一樣？（3）實驗應(yīng)記錄些什么？（4）力的大小方向如何確定？（5）具體如何完成這個實驗？ 對于受力物體的選擇，我們選擇了容易發(fā)生形變的橡皮條來進行。在一個彈簧測力計和兩個彈簧測力計共同作用下讓橡皮條朝同一方向發(fā)生相同形變量。 選擇的儀器：方木板、白紙、圖釘（若干)、橡皮條、輕質(zhì)圓環(huán)、細繩套(兩根)、彈簧測力計(兩只)、刻度尺、量角器。 3、實驗步驟設(shè)計 ： （1）把木板平放在桌子上，用圖釘把白紙定在木板上。 （2）用圖釘把橡皮條一端固定在G點(G點的位置應(yīng)該靠近頂端中點)，在橡皮筋的另外一端拴上兩條細繩，細繩的另外一端是繩套，結(jié)點自然狀態(tài)在E點。 （3）用兩彈簧測力計分別勾住繩套，互成角度地拉橡皮條，使結(jié)點到達某一位置O點。并記下O的位置，用鉛筆在白紙上從O點沿兩條細繩的方向畫直線，分別讀出記下兩只彈簧測力計示數(shù)F1、F2的大小。 （4）放開彈簧測力計，使結(jié)點重新回到E點，再用一只彈簧測力計，通過細繩把橡皮條的結(jié)點拉到O點，讀出彈簧測力計的示數(shù)F，記下細繩的方向。 （5）按同一標度作出F1、F2和F的力的圖示 （6）探究這三個力的大小及方向的關(guān)系． 4、強調(diào)實驗操作的注意事項： ①同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是；將兩只彈簧測力計勾好后對拉，若兩只彈簧測力計在拉的過程中，讀數(shù)相同，則可選，若不同，應(yīng)另換，直至相同為止，使用時彈簧測力計與板面平行。 ②在滿足合力不超過彈簧測力計量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下，應(yīng)使拉力盡量大一些，以減小誤差． ③在同一次實驗中，橡皮條拉長的結(jié)點O位置一定要相同。 ④畫力的圖示時，應(yīng)選定恰當?shù)臉硕?，盡量使圖畫得大一些，但也不要太大而畫出紙外．要嚴格按力的圖示要求作出力。 5、分析交流 當學(xué)生完成以上實驗步驟中的第（5）步后請同學(xué)們仔細分析三個力的圖示的關(guān)系，是不是合力大小等于兩個分力大小之和? （建議用虛線把合力的箭頭端分別與兩個分力的箭頭端連接，也許能夠得到啟示。） 觀察得到：虛線和原來的兩個分力構(gòu)成了一個四邊形，這個四邊形好像是平行四邊形，兩個分力為平行四邊形的兩條鄰邊．合力為它們所夾的對角線上 6、論證總結(jié) 改變F1和F2的大小和方向，重做上述實驗，看看結(jié)論是否相同。 總結(jié) ：在誤差范圍內(nèi)，F(xiàn)幾乎是以F1、F2為鄰邊的平行四邊形的對角線。這就是今天我們用自己設(shè)計的實驗探究出的結(jié)論。實際上在我們之前偉大的人們已經(jīng)做過很多次的、精細的實驗，最后確認，互成角度的兩個力的合成，不是簡單的兩個力相加減，而是用表示這兩個力的線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向，這個法則叫做力的平行四邊形定則。