高中物理 第3章 第3节 力的等效和替代课件 粤教版必修1.ppt

第三节力的等效和替代 1 关于摩擦力的方向 下列说法正确的是 a 摩擦力的方向总是与运动方向相反b 滑动摩擦力的方向总是与运动方向相反c 滑动摩擦力一定是阻力d 摩擦力的方向一定与压力的方向垂直 答案 d 精彩回眸 2 关于滑动摩擦力公式f fn 下列说法中正确的是 a 动摩擦因数 与摩擦力f成正比 f越大 越大b 动摩擦因数 与正压力fn成正比 fn越大 越大c 动摩擦因数 与摩擦力f成正比 与正压力fn成反比d 动摩擦因数 的大小由两物体接触面的粗糙程度及材料决定 答案 d 3 用手握住瓶子 使瓶子在竖直方向静止 如图3 3 2所示 如果握力加倍 则手对瓶子的摩擦力 a 握力越大 摩擦力越大b 只要瓶子不动 摩擦力大小与握力大小无关c 方向由向下变成向上d 手越干越粗糙 摩擦力越大 图3 3 2 答案 b 解释 只要瓶子不动 处于静止状态 由物体的平衡条件可得手对瓶子的静摩擦力与瓶子的重力等大反向 与手对瓶子握力的大小无关 故b正确 摩擦力的方向始终向上 c错误 握力越大 手越干越粗糙 手对瓶子的最大静摩擦力越大 瓶子越不易滑脱 但并没有改变此时瓶子所受的静摩擦力大小 故a d均错误 一 共点力1 定义 如果几个力都作用在物体的 上 或者几个力的作用线相交于 这几个力就称为共点力 2 图示方法 为了明确表示物体所受的共点力 在作力的示意图时 可以把这些力的作用点画到它们作用线的公共交点上 知识梳理 同一点上 一点 二 力的等效和替代1 等效和相互替代如果一个力的 与另外几个力的共同 相同 那么这个力与另外几个力可以等效和相互替代 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 在物理学中 通常从 这一观点出发 根据具体情况进行力的替代 称为力的合成与分解 作用效果 作用效果 作用效果相同 2 力的合成 分解求几个力的 的过程或求合力的方法 叫做力的合成 求一个力的 叫做力的分解三 寻找等效力1 方法 实验 探究 根据力的作用 相同 结合力的图示 2 合力与分力之间存在的关系 的几何关系 合力 分力 效果 平行四边形 1 力的等效 1 力的作用效果使物体发生形变或改变物体的运动状态 2 等效替代当不同的力共同作用在同一物体上产生相同效果时 它们是可以互相替代的 等效替代是重要的科学思维方法之一 它可以使复杂问题变成简单问题 力的等效和替代 2 力的替代 1 合力和分力如果一个力作用在物体上 它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同 这个力就叫做那几个力的合力 而那几个力叫做这个力的分力 合力与分力之间的关系是一种等效替代的关系 合力与分力之间的等效替代关系是可逆的 互为替代关系 合力与几个分力对物体作用效果相同 但不能理解为物体在受到几个力 分力 作用的同时 还受到合力的作用 2 共点力的合成 共点力 几个力 如果都作用在物体的同一点 或者它们的作用线相交于同一点 则这几个力就叫共点力 力的合成a 定义 求几个力的合力叫做力的合成 b 力的合成的本质 在保证作用效果相同的前提下 用一个力的作用代替几个力的作用 这个力就是那几个力的 等效力 合力 等效代替是物理学中常用的思想方法 3 力的分解 求一个已知力的分力叫力的分解 实质是力的合成的逆运算 例1 关于合力与其两个分力的关系 下列说法不正确的是 a 合力的作用效果与两个分力共同作用的效果一定相同b 合力的大小可能小于它的任一个分力c 合力的大小可能等于某一个分力的大小d 合力的大小在任何情况下都不能等于两个分力的大小之和 解析 一个力产生的效果和几个力共同产生的效果相同 这个力为几个力的合力 合力的大小和方向等于分力构成的平行四边形对角线的大小和方向 a正确 可以通过一些特例 如二力大小相等方向相反时 其合力为零 故b正确 当两个力的夹角为120 时 合力大小等于两个分力的大小 c正确 两个力方向相同时 合力等于两个分力的大小之和 d错 答案 d 题后反思 一个力产生的效果与另外的几个力共同作用时产生的效果相同 从而才能替代 是分别作用时产生的效果 双选 将两个拉力f1和f2合成为一个力f 则下列说法中正确的是 a f是物体实际受到的力b 物体同时受到f1 f2和f的作用c f1和f2可用f等效替代d f1 f2是物体实际受到的力 答案 cd 解释 合力与分力的作用效果相同 但合力不是物体实际受到的力 在分析物体受力时 不能将合成以后的力当做物体所受的力 1 探究过程 将橡皮筋的一端固定在a点 另一端拴上两根细绳 每根细绳分别连着一个量程为5n 最小刻度为0 1n的弹簧测力计 沿着两个不同的方向拉弹簧测力计 当橡皮筋的活动端拉到o点时 两根细绳互相垂直 如图3 3 3所示 这时弹簧测力计的读数可从图中读出 探究等效力 1 由图可读出两个互相垂直的拉力的大小分别为4 0n和3 4n 只需读到0 1n 2 若用一个弹簧秤将橡皮条拉到o点时 弹簧秤的示数为5 0n 方向与f1成37 角 在本题的虚线方格纸上按作图法的要求画出这两个力f1 f2及f 图3 3 3 2 注意事项 读弹簧秤示数时 应注意首先找零刻度 尤其是竖直放置的那个弹簧秤是倒置的 它的读数是3 4n 而不是4 6n 水平放置的弹簧秤读数是4 0n 3 探究方法 如图3 3 4所示 图3 3 4 4 结论 用表示力f1 f2的线段为邻边作一个平行四边形 这两个邻边之间的对角线f与f 等大同向 这个规律叫力的平行四边形定则 例2 某小组在做 寻找等效力 实验时 实验结果如图3 3 5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达到的位置 f 与ao共线 1 图中 填 f 和 f 是两个分力f1和f2用平行四边形画出的对角线的值 图3 3 5 2 本实验中 假如力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是 a f2可以有多个方向b f2的方向和大小可以有多个值c f2的方向和大小是唯一的d f2的方向是唯一的 但大小可以有多个值 解析 通过实验探究 会发现两个力的合力不一定比每个分力大 随着它们夹角的增大 合力逐渐变小 合力最大为两个力同方向时两力大小之和 最小为两个力反方向时两力大小之差 认真理解等效力和平行四边形的概念 在实验的基础上 结合力的图示法进行解答 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的大小和方向确定 所以f2是唯一确定的 答案 1 f 2 c 题后反思 1 合力与分力的作用效果是相同的 合力与分力是一种等效替代关系 2 由于力是矢量 合力的大小既跟分力的大小有关 又与两个分力的方向有关 合力可以大于或者等于甚至小于分力 要根据分力的大小和夹角来确定 在做 互成角度的两个力的合成 实验时 以下说法中正确的是 a 用两只弹簧测力计拉橡皮条时 应使两细绳之间的夹角为90 以便算出合力的大小b 用两只弹簧测力计拉时 结点的位置必须与用一只弹簧测力计拉时结点的位置重合c 若用两只弹簧测力计拉时合力的图示f与用一只弹簧测力计拉时拉力的图示f 不完全重合 说明力的合成的平行四边形定则不一定是普遍成立的 d 用两只弹簧测力计拉时 结点的位置没有必要与用一只弹簧测力计拉时结点的位置重合 答案 b 解释 a项中应当以60 90 120 等各种角度实验 a项错误 b项正确 d项错误 结点重合才能体现力的等效性 c项错误 应允许有一定的测量 作图等误差 一 实验目的验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则 二 实验原理用互成角度的两个力和另一个力产生相同的效果 看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否相等 如果在实验误差允许范围内相等 就验证了力的合成的平行四边形定则 这里用到了等效的思想 实验 验证力的平行四边形定则 三 实验器材方木板一块 白纸 橡皮条 图钉 几个 细绳套 两个 铅笔 弹簧测力计两个 三角板 刻度尺 量角器 四 实验步骤1 用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上 2 用图钉把橡皮条的一端固定在a点 橡皮条的另一端拴上两条细绳套 3 用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达o点的位置 4 记下两条细绳的方向 并记录相应的拉力f1和f2 使用弹簧测力计时要使细绳与木板平面平行 以o点为作用点作出f1和f2的图示 以它们为邻边作平行四边形 过o点的对角线就是合力f的图示 5 只用一个弹簧测力计将橡皮条的结点拉到o点 记下弹簧测力计的读数和细绳的方向 以前面相同的标度作出这个拉力f 的图示 6 比较f 与f在实验误差允许的范围内 大小和方向是否相同 7 改变两个力f1 f2的大小和夹角 再重复实验两次 比较每次的f 与f是否在实验误差允许的范围内相等 五 实验结论若用平行四边形定则作出两个分力f1 f2的合力f 与用一个弹簧测力计直接测出的合力f 在误差范围内是相等的 则可验证力的平行四边形定则 六 注意事项1 实验前应检查弹簧测力计的零点是否正确 校零 测量时要防止摩擦 卡壳 防止弹簧 拉杆等与刻度板等发生摩擦 读数时要正对刻度 读到最小刻度的下一位 2 选用的弹簧测力计应具有相同的规格 可将两弹簧测力计相互钩在一起相反拉来检验 若读数相同则可使用 3 实验操作时应使弹簧秤 细绳 橡皮条都与木板平行 4 在同一次实验中 两种情况下的结点应达到同一位置 5 应使弹簧测力计的读数应尽量大一些 但不能太大或超出量程 会使合力超出量程 夹角适当 不宜过小或过大 从而不使合力过小或过大 避免误差过大 6 拉橡皮条的细线要长些 标记的方向点尽量离o点远些 例3 在 探究力的平行四边形定则 的实验中 用图钉把橡皮条的一端固定在板上的a点 在橡皮条的另一端拴上两条细绳 细绳另一端系着绳套b c 用来连接弹簧测力计 其中a为固定橡皮筋的图钉 o为橡皮筋与细绳的结点 ob和oc为细绳 如图3 3 6所示 综合 拓展 提高 图3 3 6 1 在实验中 如