2018-2019高中物理 第三章 研究物體間的相互作用 第三節(jié) 力的等效和替代學案 粵教版必修1.doc
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第三節(jié) 力的等效和替代 [學習目標] 1.知道共點力、合力和分力的概念并理解合力和分力的等效替代關系.2.理解力的合成與分解實質上就是等效替代的科學研究方法.3.能用實驗探究求合力的方法. 一、共點力 如果幾個力都作用在物體的同一(填“同一”或“不同”)點上，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. 二、力的等效替代 1.合力與分力：如果一個力的作用效果與另外幾個力的共同作用效果相同，那么這個力與另外幾個力等效或可以相互替代，這個力稱為另外幾個力的合力，另外幾個力稱為這個力的分力. 2.力的合成與分解：從作用效果相同這一觀點出發(fā)，根據具體情況進行力的替代，稱為力的合成與分解. 3.力的合成：求幾個力的合力的過程或求合力的方法. 4.力的分解：求一個力的分力的過程或方法. 三、尋找等效力 1.將一根橡皮筋的一端固定在木架上，另一端與兩根細繩相連. 2.如圖1所示，分別在細繩下懸掛等量(填“等量”或“不等量”)的鉤碼，使橡皮筋與細繩的結點伸長至點O，將畫有間隔相等同心圓的紙片置于橡皮筋與細繩的后面，其圓心與點O重合.在紙的邊緣記下兩繩與紙邊的交點C、D，同時記錄兩繩上懸掛鉤碼的數量. 圖1 3.如圖2所示，直接用一個彈簧測力計去拉細繩，同樣使結點伸長至點O，記下彈簧測力計的讀數以及細繩與紙邊的交點J. 圖2 4.取下紙片，連接OC、OD、OJ，用力的圖示(填“圖示”或“示意圖”)法作出三個力，如圖3所示. 圖3 5.改變鉤碼的數量，重復上述實驗步驟. 判斷下列說法的正誤. (1)作用在一個物體上的兩個力，如果大小相等，方向相反，則這兩個力一定是共點力.() (2)合力與原來那幾個力同時作用在物體上.() (3)合力的作用可以替代原來那幾個力的作用，它與那幾個力是等效替代關系.(√) 一、合力與分力的關系 一個大人能夠提起一桶水，兩個小孩共同用力也可以提起這桶水.那么大人用的力和兩個小孩共同用的力有什么關系？哪個是合力？哪些是分力？ 答案 效果相同，可以等效替代；大人的力是兩個小孩作用力的合力，兩個小孩的作用力是分力. 合力與分力的關系 1.等效性：合力與分力產生的效果相同，可以等效替代. 2.同體性：各個分力是作用在同一物體上的.作用在不同物體上的力不能求合力. 例1 (多選)關于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共同作用產生的效果相同 B.兩力F1、F2一定是同種性質的力 C.兩力F1、F2一定是同一個物體受到的力 D.兩力F1、F2與F是物體同時受到的三個力 答案 AC 解析 只有同一個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.合力是對原來幾個分力的等效替代，兩力可以是不同性質的力，但合力與分力不能同時存在，所以選項A、C正確. 合力與分力是等效替代關系，作用在同一個物體上，其作用效果相同，并不是指物體同時受到合力和分力的作用. 針對訓練 (多選)如圖4所示，同一吊燈分別按兩種方式懸掛，第一種方式吊燈只受一個A繩拉力的作用，第二種方式吊燈受到B繩和C繩的共同作用，兩燈均處于靜止狀態(tài)，則下列說法正確的是( ) 圖4 A.A繩對燈的拉力與燈的重力是等效的 B.B、C兩繩對燈的拉力與A繩對燈的拉力等效 C.B繩對燈的拉力和C繩對燈的拉力可以看做A繩對燈的拉力的分力 D.A繩的拉力大小等于B繩的拉力大小和C繩的拉力大小的和 答案 BC 二、探究合力與分力的關系 1.實驗方案 (1)先將橡皮筋一端固定，將兩個力F1、F2作用在另一端并使其伸長一定長度到達某一位置；再用另一個力F作用于橡皮筋的同一點，使其伸長相同的長度到達同一位置，那么，F與F1、F2的效果就相同. (2)若記下F1、F2的大小和方向，畫出各個力的圖示，就可以研究F與F1、F2的關系了. 2.結論 求兩個力的合力時，可以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. 3.注意事項 (1)結點O 同一次實驗中橡皮筋拉長后的O點必須保持不變. (2)拉力 ①要保證橡皮筋、細繩位于與紙面平行的同一平面內. ②兩個分力F1、F2間的夾角θ不要太大或太小. (3)作圖 ①在同一次實驗中，選定的比例要相同； ②嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力. 例2 李明同學在做“探究求合力的方法”實驗時，利用坐標紙記下了橡皮筋的結點位置O以及兩只彈簧測力計拉力的大小和方向，如圖5(a)所示. 圖5 (1)試在圖(a)中作出無實驗誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力. (2)有關此實驗，下列敘述正確的是( ) A.兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大 B.橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測力計的拉力是分力 C.兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結點拉到同一位置O，這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的效果相同 D.若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而保持橡皮筋結點位置不變，只需調整另一只彈簧測力計拉力的大小即可 (3)如圖(b)所示是張華和李明兩位同學在做以上實驗時得到的結果，其中哪一個實驗比較符合實驗事實？(力F′是用一只彈簧測力計拉時的圖示) 答案 (1)如圖所示 (2)AC (3)張華的實驗比較符合實驗事實 例3 在做“探究求合力的方法”的實驗時，先將橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套的兩根細繩.實驗時，需要兩次拉伸橡皮筋，一次是通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮筋，另一次是用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮筋. (1)實驗對兩次拉伸橡皮筋的要求中，下列說法正確的是________. A.將橡皮筋拉伸相同長度即可 B.將橡皮筋沿相同方向拉到相同長度 C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度 D.將橡皮筋和繩的結點拉到相同位置 (2)同學們在操作過程中有如下討論，其中對減小實驗誤差有益的說法是________. A.兩細繩必須等長 B.彈簧秤、細繩、橡皮筋都應與木板平行 C.用兩彈簧秤同時拉細繩時兩彈簧秤示數之差應盡可能大 D.拉橡皮筋的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些 答案 (1)BD (2)BD 1.(共點力的理解)關于共點力，下列說法中錯誤的是( ) A.作用在一個物體上的兩個力，如果大小相等，方向相反，則這兩個力一定是共點力 B.作用在一個物體上的兩個力，如果是一對平衡力，則這兩個力是共點力 C.作用在一個物體上的幾個力，如果它們的作用點在同一點上，則這幾個力是共點力 D.作用在一個物體上的幾個力，如果它們的作用線交于同一點，則這幾個力是共點力 答案 A 解析 共點力是指同時作用在物體上的同一點或作用線相交于同一點的幾個力，故A錯誤，B、C、D正確. 2.(實驗原理及步驟)某同學做“探究求合力的方法”實驗時，主要步驟有： A.在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上； B.用圖釘把橡皮筋的一端固定在方木板上的A點，在橡皮筋的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端系著繩套； C.用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長，結點到達某一位置O，記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數； D.按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F； E.只用一只彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮筋使其伸長，讀出彈簧測力計的示數，記下細繩的方向，按同一標度作出這個力F′的圖示； F.比較F′和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結論. 上述步驟中： (1)有重要遺漏的步驟的序號是________和________； (2)遺漏的內容分別是____________________________和__________________________. 答案 (1)C E (2)C中應加上“記下兩條細繩的方向” E中應說明“把橡皮筋的結點拉到同一位置O” 解析 (1)根據“探究求合力的方法”實驗的操作過程可知，有重要遺漏的步驟的序號是C、E. (2)在C中未記下兩條細繩的方向，E中未說明是否把橡皮筋的結點拉到同一位置O. 3.(實驗原理及步驟)在“探究求合力的方法”實驗中，如圖6所示，某同學進行實驗的主要步驟是：將橡皮筋的一端固定在A點，另一端(活動端)拴上兩根繩套，每根繩套分別連著一個彈簧測力計.沿著兩個相互垂直的方向拉彈簧測力計，當橡皮筋的活動端拉到O點時，通過標記a、b兩點來記錄兩力的方向，并由彈簧測力計的示數記錄兩個拉力F1、F2的大小.再用一個彈簧測力計將橡皮筋的活動端拉至O點，測出其拉力F′大小并確定方向. 圖6 (1)在圖上以每格1 N為標度，作出拉力F1、F2及合力F的圖示. (2)在本實驗中，采用下列哪些方法可以減小實驗誤差( ) A.實驗前，先把所用的兩個彈簧測力計的鉤子互相鉤住平放在桌子上向相反的方向拉動，檢查讀數是否相同 B.兩個分力F1和F2的大小要適當大些 C.兩個分力F1和F2的夾角要盡量小些 D.拉橡皮筋的繩套要適當長一些 答案 (1)見解析圖 (2)ABD 解析 (1)彈簧測力計F1＝4.80 N，F2＝3.60 N.作圖如圖所示 (2)實驗前，先把所用的兩個彈簧測力計的鉤子互相鉤住平放在桌子上向相反的方向拉動，檢查讀數是否相同，故A正確；為了減小測量的誤差，兩個分力的大小要適當大一些，夾角適當大一些，故B正確，C錯誤；拉橡皮筋的繩套要適當長一些，故D正確. 一、選擇題 考點一 共點力 1.如圖1所示，對共點力的說法正確的是( ) 圖1 A.甲圖中鉤子受的力是共點力 B.乙圖中扁擔受的力是共點力 C.丙圖中相框受的力不是共點力 D.三個圖中物體受到的力都不是共點力 答案 A 解析 甲圖中鉤子受到的幾個力作用于一點，是共點力，A項正確，D項錯誤；丙圖中相框受到的兩個拉力和重力的延長線交于一點，是共點力，C項錯誤；乙圖中扁擔受的力延長線不交于一點，不是共點力，B錯誤. 考點二 探究合力與分力的關系 2.在“探究求合力的方法”的實驗中，用一只彈簧測力計拉橡皮筋時要和用兩只彈簧測力計拉時結點的位置重合，這樣操作主要采用的科學方法是( ) A.控制變量的方法 B.等效替代的方法 C.理論推導的方法 D.理想實驗的方法 答案 B 解析 本實驗中兩個拉力的作用效果和一個拉力的作用效果相同，采用的科學方法是等效替代法. 3.在做“探究求合力的方法”的實驗中，以下說法中正確的是( ) A.用兩只彈簧測力計拉橡皮筋時，兩細繩之間的夾角必須為90，以便求出合力的大小 B.用兩只彈簧測力計拉橡皮筋時，結點的位置必須與用一只彈簧測力計拉時結點的位置重合 C.若用兩只彈簧測力計拉時合力的圖示F與用一只彈簧測力計拉時拉力的圖示F′不完全重合，說明力的合成的平行四邊形定則不一定是普遍成立的 D.同一實驗過程中，結點O的位置允許變動 答案 B 解析 理論上，細繩之間的夾角是任意的，不需要計算，A錯誤；前后兩次結點的位置相同，力的作用效果才相同，B正確，D錯誤；由于測量和作圖存在誤差，F′和F的方向不一定重合，實驗可以證明，在誤差允許的范圍內，平行四邊形定則總是成立的，C錯誤. 4.(多選)在做“探究求合力的方法”實驗時，使用彈簧測力計必須注意( ) A.測量前檢查彈簧測力計的指針是否指在零點 B.實驗中只需要記錄彈簧測力計的讀數 C.在用彈簧測力計拉橡皮筋時，使彈簧測力計外殼與紙面平行 D.兩根細繩必須等長 答案 AC 解析 A選項是為了讀數準確，A正確；實驗中需記錄彈簧測力計的讀數，拉力的方向以及結點O的位置，B錯誤；C可以保證準確的測出拉力的大小，C正確；細繩的作用是能顯示出力的方向，所以不要求必須等長，D錯誤. 5.(多選)在做“探究求合力的方法”的實驗時，先用兩個彈簧測力計拉橡皮筋，再用一個彈簧測力計拉橡皮筋，兩次須使橡皮筋的結點達到同一位置，這樣做是為了( ) A.便于測量力的大小 B.使兩個分力和它的合力產生相同的效果 C.使兩個分力和它的合力有相同的作用點 D.便于畫出分力與合力的方向 答案 BC 解析 兩次使橡皮筋沿同一方向伸長相同的長度，表明第一次對橡皮筋所加的兩個力與第二次對橡皮筋所加的一個力是等效力，其次，本實驗是共點的兩個力的合成，所以拉到同一位置也滿足了共點的條件，故選B、C. 二、非選擇題 6.(實驗步驟)有同學利用如圖2所示的裝置來做“探究求合力的方法”實驗：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結點O，每個鉤碼的重量相等，當系統達到平衡時，根據鉤碼個數讀出三根繩子的拉力FTOA、FTOB和FTOC，回答下列問題： 圖2 (1)改變鉤碼個數，實驗能完成的是________. A.鉤碼的個數N1＝N2＝2，N3＝4 B.鉤碼的個數N1＝N3＝3，N2＝4 C.鉤碼的個數N1＝N2＝N3＝4 D.鉤碼的個數N1＝3，N2＝4，N3＝5 (2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是________. A.標記結點O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向 B.量出OA、OB、OC三段繩子的長度 C.用量角器量出三段繩子之間的夾角 D.用天平測出鉤碼的質量 (3)在作圖時，你認為圖3中________(選填“甲”或“乙”)是正確的. 圖3 答案 (1)BCD (2)A (3)甲 解析 (1)對O點受力分析如圖所示， OA、OB、OC分別表示FTOA、FTOB、FTOC的大小，由于三個共點力平衡，所以FTOA、FTOB的合力大小等于FTOC，且FTOC
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