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7.2 力的合成
素养目标
1.说出合力、分力、二力合成的概念。
2.经历“探究同一直线上的二力合成”实验,尝试提出假设、验证猜想、形成科学理论。
3.通过实验,体验“等效替代法”在物理中的应用,培养运用物理知识解决实际问题的能力。
◎重点:经历同一直线上二力合成的探究过程,渗透“等效替代”的物理思想。
【预习导学】
生活中的物理
曹 冲 称 象
《三国志》中记载:冲少聪察,生五六岁,智意所及,有若成人之智。时孙权曾致巨象,太祖欲知其斤重,访之群下,咸莫能出其理。冲曰:“置象大船之上,而刻其水痕所至,称物以载之,则校可知。”太祖大悦,即施行焉。
　　【问题】曹冲称象蕴含着什么物理科学思维方法
重点梳理
知识点一 合力
1.合力:如果一个力产生的作用效果跟几个力共同作用产生的效果 ,这个力就叫作那几个力的合力。
2.分力:组成 力的每一个力叫分力。
对点自测
1如图甲所示,用一台拖拉机将陷入泥潭的汽车拉了出来。图乙中一群中学生齐心合力也可以把汽车从泥潭中推出。此时我们说拖拉机对汽车的拉力是同学们对汽车推力的 ,其主要的依据是 。
【参考答案】
知识点一
1.相同
2.合
对点自测
1.合力　拖拉机对汽车的拉力的作用效果和同学们对汽车推力的作用效果相同
知识点二 同一直线上的二力合成
1.力的合成:求几个力的 叫作力的合成。
2.同一直线上的二力合成
(1)同一直线上,方向相同的两个力的合力,大小等于这两个力的大小 ,方向跟这两个力的方向 ,即F= 。
(2)同一直线上,方向相反的两个力的合力,大小等于这两个力的大小 ,方向跟 的那个力的方向 ,即F= 。
对点自测
2一个放在水平桌面上的物体,受到F1=5 N和F2=3 N的两个力的作用后仍处于静止状态,如图所示,则该物体受到的合力为 ,桌面对此物体的摩擦力大小为 N,方向为 。
【参考答案】
知识点二
1.合力
2.(1)之和　相同　F1+F2
(2)之差　较大　相同　F1-F2
对点自测
2.0　2　水平向右
【合作探究】
任务驱动一 探究同一直线上的二力合成
提出问题:同一直线上的二力合成,合力的大小与两个分力大小、合力的方向与两个分力方向之间的关系怎样
作出猜想:合力的大小可能等于这两个力的大小之和,方向与这两个力的方向相同。
实验器材:橡皮筋、弹簧测力计等。
设计实验: 。
进行实验与收集证据:
1.将橡皮筋的A点固定(原长为AB),在F=4 N 的拉力作用下将橡皮筋从B点拉伸到C点,如图(a)所示;换用两个弹簧测力计,同时作用在橡皮筋的 点,保持两个弹簧测力计拉力的方向不变(与拉力F的方向相同),两个拉力的大小分别为F1和F2,这时,也能使橡皮筋伸长 的长度(BD=BC),如图(b)所示;保持两个弹簧测力计拉力的方向不变,三次改变拉力的大小使橡皮筋伸长同样的长度,将弹簧测力计的示数记录在表一中。
2.使F1和F2沿相反方向同时拉橡皮筋的B点,三次改变拉力的大小使橡皮筋伸长 的长度(橡皮筋的长度与前面实验 ),将弹簧测力计的示数记录在表二中。
表一:
实验序号 拉力F1/N 拉力F2/N 拉力F/N (F1+F2)/N
1 3 1 4 4
2 2 2 4 4
3 1 3 4 4
表二:
实验序号 拉力F1/N 拉力F2/N 拉力F/N (F1-F2)/N
1 5 1 4 4
2 6 2 4 4
3 7 3 4 4
　　分析与论证:
(1)实验时,将橡皮筋拉伸相同的长度,目的是使两次的力的 相同。
(2)实验中,重复三次实验的目的是 。
(3)实验过程中应用的科学方法为 (选填“控制变量法”或“等效法”)。
(4)实验结论:
①根据表一中的实验数据,比较F和F1、F2的大小、方向之间的关系,归纳得出:同一直线上方向相同的两个力,合力的大小等于这两个力的 ,方向跟这两个力的方向 。
②根据表二中的实验数据,比较F和F1、F2的大小方向之间的关系,归纳得出:同一直线上方向相反的两个力,合力的大小等于这两个力的 ,方向跟较大的力的方向 。
【参考答案】
任务驱动一
设计实验:将橡皮筋的一端固定,用两个弹簧测力计同时作用在橡皮筋的另一端,沿同一方向拉至某点,观察这两个拉力F1和F2的大小,用一个弹簧测力计也将橡皮筋拉至该点,观察F的大小;使F1和F2沿相反方向同时拉橡皮筋的某点,观察这两个拉力F1和F2的大小,用一个弹簧测力计也将橡皮筋拉至该点,观察F的大小;多次实验后归纳出结论
1.B　同样
2.同样　相同
(1)作用效果
(2)得到普遍规律,避免偶然性
(3)等效法
(4)①大小之和　相同
②大小之差　相同
任务驱动二 探究不在同一直线上的二力合成
提出问题:作用在物体上的两个力不在同一直线上,而是互成一定的夹角,那么合力F的大小与两个分力F1、F2的大小,是否还有F等于F1+F2的关系呢
作出猜想:不在同一直线上两个力的合力的大小可能等于这两个力的大小之和,方向与较大分力的方向相同。
进行实验:(1)如图所示,橡皮筋原长为AB,用两个弹簧测力计对橡皮筋施加成有一定夹角的两个力F1和F2,使橡皮筋伸长到O,记录此时F1、F2的大小。撤去力F1和F2后,用一个弹簧测力计对橡皮筋施加一个力F,使橡皮筋伸长到O,记录此时F的大小。
(2)先后两次改变F1和F2的夹角,重复步骤(1),得到三次实验数据如表所示:
序号 F1/N F2/N F1和F2的夹角θ 合力F/N
1 4 5 30° 8.7
2 4 5 45° 8.3
3 4 5 60° 7.8
　　分析与论证:分析实验数据可知,当两个力不在一条直线上时,其合力大小F (选填“>”、“=”或“<”)F1+F2,且在F1、F2大小不变的情况下,合力F的大小随着F1与F2夹角的增大而
(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【参考答案】
任务驱动二
(2)<　减小
任务驱动三 角色扮演——学以致用
假如你是曹冲,你能解释一下称象过程中是怎样体现物理思维方法的吗 　
【参考答案】
任务驱动三
答:称象的方法,就是物理学中科学思维的基本方法之一,即等效思维法(也叫等效替代法),简称等效法。众多的石块将船沉到原来所作的标记处,说明这些石块对船的作用效果与一头大象对船的作用效果相同,也就是大象的重力等于船上石块的重力。

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