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(xué)案 粵教版必修1.doc
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第三節(jié) 力的等效和替代 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.知道共點(diǎn)力、合力和分力的概念并理解合力和分力的等效替代關(guān)系.2.理解力的合成與分解實(shí)質(zhì)上就是等效替代的科學(xué)研究方法.3.能用實(shí)驗(yàn)探究求合力的方法. 一、共點(diǎn)力 如果幾個(gè)力都作用在物體的同一(填“同一”或“不同”)點(diǎn)上,或者幾個(gè)力的作用線相交于同一點(diǎn),這幾個(gè)力就稱為共點(diǎn)力. 二、力的等效替代 1.合力與分力:如果一個(gè)力的作用效果與另外幾個(gè)力的共同作用效果相同,那么這個(gè)力與另外幾個(gè)力等效或可以相互替代,這個(gè)力稱為另外幾個(gè)力的合力,另外幾個(gè)力稱為這個(gè)力的分力. 2.力的合成與分解:從作用效果相同這一觀點(diǎn)出發(fā),根據(jù)具體情況進(jìn)行力的替代,稱為力的合成與分解. 3.力的合成:求幾個(gè)力的合力的過程或求合力的方法. 4.力的分解:求一個(gè)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(xì)繩相連. 2.如圖1所示,分別在細(xì)繩下懸掛等量(填“等量”或“不等量”)的鉤碼,使橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)伸長(zhǎng)至點(diǎn)O,將畫有間隔相等同心圓的紙片置于橡皮筋與細(xì)繩的后面,其圓心與點(diǎn)O重合.在紙的邊緣記下兩繩與紙邊的交點(diǎn)C、D,同時(shí)記錄兩繩上懸掛鉤碼的數(shù)量. 圖1 3.如圖2所示,直接用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)去拉細(xì)繩,同樣使結(jié)點(diǎn)伸長(zhǎng)至點(diǎn)O,記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)以及細(xì)繩與紙邊的交點(diǎn)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(gè)力,如圖3所示. 圖3 5.改變鉤碼的數(shù)量,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟. 判斷下列說法的正誤. (1)作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力,如果大小相等,方向相反,則這兩個(gè)力一定是共點(diǎn)力.() (2)合力與原來那幾個(gè)力同時(shí)作用在物體上.() (3)合力的作用可以替代原來那幾個(gè)力的作用,它與那幾個(gè)力是等效替代關(guān)系.(√) 一、合力與分力的關(guān)系 一個(gè)大人能夠提起一桶水,兩個(gè)小孩共同用力也可以提起這桶水.那么大人用的力和兩個(gè)小孩共同用的力有什么關(guān)系?哪個(gè)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(gè)小孩作用力的合力,兩個(gè)小孩的作用力是分力. 合力與分力的關(guān)系 1.等效性:合力與分力產(chǎn)生的效果相同,可以等效替代. 2.同體性:各個(gè)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(guān)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(chǎn)生的效果相同 B.兩力F1、F2一定是同種性質(zhì)的力 C.兩力F1、F2一定是同一個(gè)物體受到的力 D.兩力F1、F2與F是物體同時(shí)受到的三個(gè)力 答案 AC 解析 只有同一個(gè)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(duì)原來幾個(gè)分力的等效替代,兩力可以是不同性質(zhì)的力,但合力與分力不能同時(shí)存在,所以選項(xiàng)A、C正確. 合力與分力是等效替代關(guān)系,作用在同一個(gè)物體上,其作用效果相同,并不是指物體同時(shí)受到合力和分力的作用. 針對(duì)訓(xùn)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(gè)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?fàn)顟B(tài),則下列說法正確的是( ) 圖4 A.A繩對(duì)燈的拉力與燈的重力是等效的 B.B、C兩繩對(duì)燈的拉力與A繩對(duì)燈的拉力等效 C.B繩對(duì)燈的拉力和C繩對(duì)燈的拉力可以看做A繩對(duì)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(guān)系 1.實(shí)驗(yàn)方案 (1)先將橡皮筋一端固定,將兩個(gè)力F1、F2作用在另一端并使其伸長(zhǎng)一定長(zhǎng)度到達(dá)某一位置;再用另一個(gè)力F作用于橡皮筋的同一點(diǎn),使其伸長(zhǎng)相同的長(zhǎng)度到達(dá)同一位置,那么,F(xiàn)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(gè)力的圖示,就可以研究F與F1、F2的關(guān)系了. 2.結(jié)論 求兩個(gè)力的合力時(shí),可以用表示這兩個(gè)力的線段為鄰邊作平行四邊形,這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線就代表合力的大小和方向. 3.注意事項(xiàng) (1)結(jié)點(diǎn)O 同一次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉長(zhǎng)后的O點(diǎn)必須保持不變. (2)拉力 ①要保證橡皮筋、細(xì)繩位于與紙面平行的同一平面內(nèi). ②兩個(gè)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(shí)驗(yàn)中,選定的比例要相同; ②嚴(yán)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(xué)在做“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)時(shí),利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋的結(jié)點(diǎn)位置O以及兩只彈簧測(cè)力計(jì)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(shí)驗(yàn)誤差情況下F1和F2的合力圖示,并用F表示此力. (2)有關(guān)此實(shí)驗(yàn),下列敘述正確的是( ) A.兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力可以同時(shí)比橡皮筋的拉力大 B.橡皮筋的拉力是合力,兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力是分力 C.兩次拉橡皮筋時(shí),需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O,這樣做的目的是保證兩次彈簧測(cè)力計(jì)拉力的效果相同 D.若只增大某一只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力大小而保持橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變,只需調(diào)整另一只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小即可 (3)如圖(b)所示是張華和李明兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)果,其中哪一個(gè)實(shí)驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)?(力F′是用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)的圖示) 答案 (1)如圖所示 (2)AC (3)張華的實(shí)驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí) 例3 在做“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)時(shí),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(xì)繩.實(shí)驗(yàn)時(shí),需要兩次拉伸橡皮筋,一次是通過兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮筋,另一次是用一個(gè)彈簧秤通過細(xì)繩拉橡皮筋. (1)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(zhǎng)度即可 B.將橡皮筋沿相同方向拉到相同長(zhǎng)度 C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度 D.將橡皮筋和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置 (2)同學(xué)們?cè)诓僮鬟^程中有如下討論,其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是________. A.兩細(xì)繩必須等長(zhǎng) B.彈簧秤、細(xì)繩、橡皮筋都應(yīng)與木板平行 C.用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可能大 D.拉橡皮筋的細(xì)繩要長(zhǎng)些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些 答案 (1)BD (2)BD 1.(共點(diǎn)力的理解)關(guān)于共點(diǎn)力,下列說法中錯(cuò)誤的是( ) A.作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力,如果大小相等,方向相反,則這兩個(gè)力一定是共點(diǎn)力 B.作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力,如果是一對(duì)平衡力,則這兩個(gè)力是共點(diǎn)力 C.作用在一個(gè)物體上的幾個(gè)力,如果它們的作用點(diǎn)在同一點(diǎn)上,則這幾個(gè)力是共點(diǎn)力 D.作用在一個(gè)物體上的幾個(gè)力,如果它們的作用線交于同一點(diǎn),則這幾個(gè)力是共點(diǎn)力 答案 A 解析 共點(diǎn)力是指同時(shí)作用在物體上的同一點(diǎn)或作用線相交于同一點(diǎn)的幾個(gè)力,故A錯(cuò)誤,B、C、D正確. 2.(實(shí)驗(yàn)原理及步驟)某同學(xué)做“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)時(shí),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(diǎn),在橡皮筋的另一端拴上兩條細(xì)繩,細(xì)繩的另一端系著繩套; C.用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮筋,使橡皮筋伸長(zhǎng),結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O,記錄下O點(diǎn)的位置,讀出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù); D.按選好的標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測(cè)力計(jì)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(cè)力計(jì),通過細(xì)繩套拉橡皮筋使其伸長(zhǎng),讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),記下細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度作出這個(gè)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(jié)論. 上述步驟中: (1)有重要遺漏的步驟的序號(hào)是________和________; (2)遺漏的內(nèi)容分別是____________________________和__________________________. 答案 (1)C E (2)C中應(yīng)加上“記下兩條細(xì)繩的方向” E中應(yīng)說明“把橡皮筋的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O” 解析 (1)根據(jù)“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)的操作過程可知,有重要遺漏的步驟的序號(hào)是C、E. (2)在C中未記下兩條細(xì)繩的方向,E中未說明是否把橡皮筋的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O. 3.(實(shí)驗(yàn)原理及步驟)在“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)中,如圖6所示,某同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主要步驟是:將橡皮筋的一端固定在A點(diǎn),另一端(活動(dòng)端)拴上兩根繩套,每根繩套分別連著一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì).沿著兩個(gè)相互垂直的方向拉彈簧測(cè)力計(jì),當(dāng)橡皮筋的活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí),通過標(biāo)記a、b兩點(diǎn)來記錄兩力的方向,并由彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)記錄兩個(gè)拉力F1、F2的大小.再用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)將橡皮筋的活動(dòng)端拉至O點(diǎn),測(cè)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(biāo)度,作出拉力F1、F2及合力F的圖示. (2)在本實(shí)驗(yàn)中,采用下列哪些方法可以減小實(shí)驗(yàn)誤差( ) A.實(shí)驗(yàn)前,先把所用的兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的鉤子互相鉤住平放在桌子上向相反的方向拉動(dòng),檢查讀數(shù)是否相同 B.兩個(gè)分力F1和F2的大小要適當(dāng)大些 C.兩個(gè)分力F1和F2的夾角要盡量小些 D.拉橡皮筋的繩套要適當(dāng)長(zhǎng)一些 答案 (1)見解析圖 (2)ABD 解析 (1)彈簧測(cè)力計(jì)F1=4.80 N,F(xiàn)2=3.60 N.作圖如圖所示 (2)實(shí)驗(yàn)前,先把所用的兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的鉤子互相鉤住平放在桌子上向相反的方向拉動(dòng),檢查讀數(shù)是否相同,故A正確;為了減小測(cè)量的誤差,兩個(gè)分力的大小要適當(dāng)大一些,夾角適當(dāng)大一些,故B正確,C錯(cuò)誤;拉橡皮筋的繩套要適當(dāng)長(zhǎng)一些,故D正確. 一、選擇題 考點(diǎn)一 共點(diǎn)力 1.如圖1所示,對(duì)共點(diǎn)力的說法正確的是( ) 圖1 A.甲圖中鉤子受的力是共點(diǎn)力 B.乙圖中扁擔(dān)受的力是共點(diǎn)力 C.丙圖中相框受的力不是共點(diǎn)力 D.三個(gè)圖中物體受到的力都不是共點(diǎn)力 答案 A 解析 甲圖中鉤子受到的幾個(gè)力作用于一點(diǎn),是共點(diǎn)力,A項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;丙圖中相框受到的兩個(gè)拉力和重力的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn),是共點(diǎn)力,C項(xiàng)錯(cuò)誤;乙圖中扁擔(dān)受的力延長(zhǎng)線不交于一點(diǎn),不是共點(diǎn)力,B錯(cuò)誤. 考點(diǎn)二 探究合力與分力的關(guān)系 2.在“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)中,用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí)要和用兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置重合,這樣操作主要采用的科學(xué)方法是( ) A.控制變量的方法 B.等效替代的方法 C.理論推導(dǎo)的方法 D.理想實(shí)驗(yàn)的方法 答案 B 解析 本實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)拉力的作用效果和一個(gè)拉力的作用效果相同,采用的科學(xué)方法是等效替代法. 3.在做“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)中,以下說法中正確的是( ) A.用兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí),兩細(xì)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(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí),結(jié)點(diǎn)的位置必須與用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置重合 C.若用兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)合力的圖示F與用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)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(shí)驗(yàn)過程中,結(jié)點(diǎn)O的位置允許變動(dòng) 答案 B 解析 理論上,細(xì)繩之間的夾角是任意的,不需要計(jì)算,A錯(cuò)誤;前后兩次結(jié)點(diǎn)的位置相同,力的作用效果才相同,B正確,D錯(cuò)誤;由于測(cè)量和作圖存在誤差,F(xiàn)′和F的方向不一定重合,實(shí)驗(yàn)可以證明,在誤差允許的范圍內(nèi),平行四邊形定則總是成立的,C錯(cuò)誤. 4.(多選)在做“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)時(shí),使用彈簧測(cè)力計(jì)必須注意( ) A.測(cè)量前檢查彈簧測(cè)力計(jì)的指針是否指在零點(diǎn) B.實(shí)驗(yàn)中只需要記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù) C.在用彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí),使彈簧測(cè)力計(jì)外殼與紙面平行 D.兩根細(xì)繩必須等長(zhǎng) 答案 AC 解析 A選項(xiàng)是為了讀數(shù)準(zhǔn)確,A正確;實(shí)驗(yàn)中需記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù),拉力的方向以及結(jié)點(diǎn)O的位置,B錯(cuò)誤;C可以保證準(zhǔn)確的測(cè)出拉力的大小,C正確;細(xì)繩的作用是能顯示出力的方向,所以不要求必須等長(zhǎng),D錯(cuò)誤. 5.(多選)在做“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)時(shí),先用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋,再用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋,兩次須使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)達(dá)到同一位置,這樣做是為了( ) A.便于測(cè)量力的大小 B.使兩個(gè)分力和它的合力產(chǎn)生相同的效果 C.使兩個(gè)分力和它的合力有相同的作用點(diǎn) 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(zhǎng)相同的長(zhǎng)度,表明第一次對(duì)橡皮筋所加的兩個(gè)力與第二次對(duì)橡皮筋所加的一個(gè)力是等效力,其次,本實(shí)驗(yàn)是共點(diǎn)的兩個(gè)力的合成,所以拉到同一位置也滿足了共點(diǎn)的條件,故選B、C. 二、非選擇題 6.(實(shí)驗(yàn)步驟)有同學(xué)利用如圖2所示的裝置來做“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn):在豎直木板上鋪有白紙,固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B,將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O,每個(gè)鉤碼的重量相等,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí),根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)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(gè)數(shù),實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖莀_______. A.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N2=2,N3=4 B.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N3=3,N2=4 C.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N2=N3=4 D.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=3,N2=4,N3=5 (2)在拆下鉤碼和繩子前,最重要的一個(gè)步驟是________. A.標(biāo)記結(jié)點(diǎn)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(zhǎng)度 C.用量角器量出三段繩子之間的夾角 D.用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量 (3)在作圖時(shí),你認(rèn)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(duì)O點(diǎn)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(gè)共點(diǎn)力平衡,所以FTOA、FTOB的合力大小等于FTOC,且FTOC- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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