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第三节 力的等效和替代
学****目标
知识脉络
.
,理解合力和分力的等效替代关系.(重点)
.
.(难点)
力的三要素和共点力
影响力的作用效果的因素有:力的大小、方向和作用点,物理学中称之为力的三要素.
如果几个力都作用在物体的同一点上,或者几个力的作用线相交于同一点,这几个力就称为共点力.
.
.(×)
.(√)
,如果是一对平衡力,那么这两个力是共点力.(√)
共点力一定是作用在同一物体上吗?一定作用在同一点吗?
【提示】 ,而力的作用线必须交在同一点上.
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力的等效和替代
如果一个力的作用效果与另外几个力的共同效果相同,那么这个力与另外几个力等效或可以相互替代,这个力称为另外几个力的合力,另外几个力称为这个力的分力.
(1)力的合成:求解几个力的合力的过程或求合力的方法叫做力的合成.
(2)力的分解:求一个力的分力过程或方法叫做力的分解.
,它们不能同时作用在同一物体上.(√)
,也可以小于每一个分力.(√)
,那么F和F1、F2的共同作用效果可以不同.(×)
,?哪个是合力?哪些是分力?
【提示】 ,两个小孩用的力是分力.
?
【提示】 分力与合力的效果可以替代,但合力不一定大于任意一个分力.
探讨1:合力与分力的作用效果有什么关系?
【提示】 合力与分力的作用效果相同,所以能等效替代.
探讨2:各个分力必须是共点力吗?
【提示】 求力的合成时,各个分力必须是共点力,才能求合力.
:,但是这些力不一定是共点力,比方:人挑扁担时,扁担受到的三个力不是共点力.
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图3­3­1
:假设一个力的作用效果与其他几个力共同作用的效果相同,那么这一个力和其他几个力可以互相替代.
(1)等效性:合力与分力产生的效果相同,可以等效替代.
(2)同体性:.
1.(多项选择)关于合力与分力的关系,以下说法中正确的选项是( )
,也可以小于任一分力
【解析】 随着分力之间的夹角变化,合力可以大于最大的一个分力,也可以小于最小的一个分力,还可以是两个分力之间的某个值,由此可知选项A错误,B正确;合力是与各分力共同作用效果相同的那个等效的力,并不是物体实际受到的力,不会与分力共同作用在物体上,应选项C正确,D错误.
【答案】 BC
2.(多项选择)关于F1、F2及它们的合力F,以下说法中正确的选项是( )
、F2共同作用产生的效果相同
、F2一定是同种性质的力
、F2一定是同一个物体受到的力
、F2与F是物体同时受到的三个力
【解析】 只有同一个物体受到的力才能合成,分别作用在不同物体上的力不能合成,C正确;合力是对原来几个分力的等效替代,各分力可以是不同性质的力,合力与分力不能同时存在,A正确,B、D错误.
【答案】 AC
3.(多项选择)关于合力与分力的说法中,正确的选项是( )
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,那么这个力就是其它几个力的合力
,也可能小于分力的大小
【解析】 合力的作用效果与它的分力共同的作用效果相同,它们并不是同时作用在物体上,当物体受到合力作用时,分力那么是按效果命名的,没有施力物体,分力是不存在的;当几个分力是同时作用在物体上的,那么合力是按效果得出的,也不是物体受到的,是不存在的,更谈不上是平衡力了,A、D项错误,,分力间的夹角越大,合力越小,在夹角未定的情况下,合力与分力的大小关系不能确定,C项正确.
【答案】 BC
合力与分力等效替代
,它们可以相互替代,并不能同时存在.
,不能把合力与分力都分析进去.
寻找等效力
探讨1:在做实验时,为什么两次都要使橡皮筋的结点到达同一位置?
【提示】 只有橡皮筋结点到达同一位置,才能说明两次对橡皮筋的作用效果相同,即才能等效.
探讨2:实验中为什么要求弹簧秤、细绳套、橡皮条都与木板平行?
【提示】 只有都保持平行,才能保证分力与合力在同一平面内,误差会更小.
(1)先将橡皮条一端固定,将两个力F1、F2作用在另一端并使其伸长一定长度;再用另一个力F作用于橡皮条的同一点,使其伸长到同样的长度,那么,F与F1、F2的效果就相同.
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(2)假设记下F1、F2以及F的大小和方向,画出各个力的图示,就可以研究F与F1、F2的关系了.
(1)将一根橡皮筋的一端固定在木架上,另一端与两根细绳相连.
(2)如图3­3­2所示,分别在细绳下悬挂等量的钩码,使橡皮筋与细绳的结点伸长至点O,将画有间隔相等同心圆的纸片置于橡皮筋与细绳的后面,、D,同时记录两绳上悬挂钩码的数量.
图3­3­2
(3)如图3­3­3所示,直接用一个弹簧测力计去拉细绳,同样使结点伸长至点O,记下弹簧测力计的读数以及细绳与纸边的交点J.
图3­3­3
(4)取下纸片,连接OC、OD、OJ,用力的图示法作出三个力,(如图3­3­4所示).
图3­3­4
(5)改变钩码的数量,重复上述实验步骤.
(6)探究这三个力的大小及方向的关系(提示:可用虚线把合力的箭头与两个分力的箭头端连接,看看能否得到启示).
求两个力的合力时,可以用表示这两个力的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.
(1)结点O
同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变.
(2)拉力
①要保证橡皮筋、细绳位于与纸面平行的同一平面内.
②两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小.
(3)作图
①在同一次实验中,选定的标度要相同;
②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形,求出合力.
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­3­5探究合力与分力关系的实验原理是等效原理,其等效性是指( )
图3­3­5
【解析】 本实验的原理是使两次橡皮条的形变效果相同,.
【答案】 D
5.(多项选择)在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,,以下说法正确的选项是( )
【解析】 实验中两次拉伸橡皮条时,应要求两次的作用效果必须完全相同,即橡皮条被拉伸的方向、长度完全相同,所以答案选B、D.
【答案】 BD
“寻找等效力〞的实验时,实验结果如图3­3­6所示,A是固定橡皮条的图钉,O为在力的作用下橡皮条与细线套的结点所到达的位置,F′与AO共线.
图3­3­6
(1)图中________(选填“F〞或“F′〞)是两个分力F1和F2用平行四边形画出的对角线的值;
(2)本实验中,假设力F1的大小及方向固定不变,为了使橡皮条仍伸长到O点,对力F2来说,下面几种说法中正确的选项是( )
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,但大小可以有多个值
【解析】 (1)显然F′是单个力作用时的情况,因为F′与AO共线,F是F1和F2的对角线.
(2)由于F1的大小和方向已经确定,所以F2是唯一确定的.
【答案】 (1)F (2)C
为减小实验误差,应注意的事项
:将两只弹簧测力计钩好后对拉,假设两只弹簧测力计在拉的过程中,读数相同,那么可选,使用时弹簧测力计与板面平行.
,应使拉力尽量大一些,以减小误差.
,应选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,.
,橡皮条拉长时轻质圆环到达的位置O一定要相同.