2019_2020学年高中物理第三章研究物体间的相互作用第三节力的等效和替代学案粤教版必修1.docx

第三节力的等效和替代学习目标1.知道共点力、合力和分力的概念并理解合力和分力的等效替代关系.2.理解力的合成与分解实质上就是等效替代的科学研究方法.3.能用实验探究求合力的方法一、共点力如果几个力都作用在物体的同一(填“同一”或“不同”)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二、力的等效替代1合力与分力：如果一个力的作用效果与另外几个力的共同作用效果相同，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2力的合成与分解：从作用效果相同这一观点出发，根据具体情况进行力的替代，称为力的合成与分解3力的合成：求几个力的合力的过程或求合力的方法4力的分解：求一个力的分力的过程或方法三、寻找等效力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1所示，分别在细绳下悬挂等量(填“等量”或“不等量”)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，其圆心与点O重合在纸的边缘记下两绳与纸边的交点C、D，同时记录两绳上悬挂钩码的数量图13如图2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24.取下纸片，连接OC、OD、OJ，用力的图示(填“图示”或“示意图”)法作出三个力，如图3所示图35改变钩码的数量，重复上述实验步骤判断下列说法的正误(1)作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，则这两个力一定是共点力()(2)合力与原来那几个力同时作用在物体上()(3)合力的作用可以替代原来那几个力的作用，它与那几个力是等效替代关系()一、合力与分力的关系一个大人能够提起一桶水，两个小孩共同用力也可以提起这桶水那么大人用的力和两个小孩共同用的力有什么关系？哪个是合力？哪些是分力？答案效果相同，可以等效替代；大人的力是两个小孩作用力的合力；两个小孩的作用力是分力1等效替代(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)条件：当几个不同的力共同作用在同一物体上产生的效果跟一个力单独作用时产生的效果相同时，它们就可以互相替代(3)作用：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2如何理解合力与分力的关系(1)合力与分力之间的关系是一种等效替代的关系一个力的作用效果可以与多个力的作用效果相同，即一个力可以由几个力来代替，反过来，多个力也可以由一个力来代替(2)合力与分力只是作用效果相同，在作用效果上存在等效替代的作用，可以是同性质的力，也可以是不同性质的力例1(多选)关于F1、F2及它们的合力F，下列说法中正确的是()A合力F一定与F1、F2共同作用产生的效果相同B两力F1、F2一定是同种性质的力C两力F1、F2一定是同一个物体受到的力D两力F1、F2与F是物体同时受到的三个力答案AC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合力是对原来几个分力的等效替代，两力可以是不同性质的力，但合力与分力不能同时存在，所以选项A、C正确针对训练(多选)如图4所示，同一吊灯分别按两种方式悬挂，第一种方式吊灯只受一个A绳拉力的作用，第二种方式吊灯受到B绳和C绳的共同作用，两灯均处于静止状态，则下列说法正确的是()图4AA绳对灯的拉力与灯的重力是等效的BB、C两绳对灯的拉力与A绳对灯的拉力等效CB绳对灯的拉力和C绳对灯的拉力可以看做A绳对灯的拉力的分力DA绳的拉力、B绳的拉力和C绳的拉力是共点力答案BC二、探究合力与分力的关系1实验方案(1)先将橡皮筋一端固定，将两个力F1、F2作用在另一端并使其伸长一定长度到达某一位置；再用另一个力F作用于橡皮筋的同一点，使其伸长相同的长度到达同一位置，那么，F与F1、F2的效果就相同(2)若记下F1、F2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2结论求两个力的合力时，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3注意事项(1)结点O同一次实验中橡皮筋拉长后的O点必须保持不变(2)拉力要保证橡皮筋、细绳位于与纸面平行的同一平面内两个分力F1、F2间的夹角不要太大或太小(3)作图在同一次实验中，选定的比例要相同；严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力例2李明同学在做“探究求合力的方法”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图5(a)所示图5(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力(2)有关此实验，下列叙述正确的是_A两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而保持橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可(3)如图(b)所示是张华和李明两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验结果比较符合实验事实？(力F是用一只弹簧测力计拉时的图示)答案(1)如图所示(2)AC(3)张华的实验结果比较符合实验事实例3在做“探究求合力的方法”的实验时，先将橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳实验时，需要两次拉伸橡皮筋，一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮筋，另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮筋(1)实验对两次拉伸橡皮筋的要求中，下列说法正确的是_A将橡皮筋拉伸相同长度即可B将橡皮筋沿相同方向拉到相同长度C将弹簧测力计都拉伸到相同刻度D将橡皮筋和绳的结点拉到相同位置(2)同学们在操作过程中有如下讨论，其中对减小实验误差有益的说法是_A两细绳必须等长B弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平行C用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大D拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些答案(1)BD(2)BD1(共点力的理解)关于共点力，下列说法中错误的是()A作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，则这两个力一定是共点力B作用在一个物体上的两个力，如果是一对平衡力，则这两个力是共点力C作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用点在同一点上，则这几个力是共点力D作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用线交于同一点，则这几个力是共点力答案A解析共点力是指同时作用在物体上的同一点或作用线相交于同一点的几个力，故A错误，B、C、D正确2(实验原理及步骤)在“探究求合力的方法”实验中，如图6所示，某同学进行实验的主要步骤是：将橡皮筋的一端固定在A点，另一端(活动端)拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计沿着两个相互垂直的方向拉弹簧测力计，当橡皮筋的活动端拉到O点时，通过标记a、b两点来记录两力的方向，并由弹簧测力计的示数记录两个拉力F1、F2的大小再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端拉至O点，测出其拉力F大小并确定方向图6(1)在图上以每格1N为标度，作出拉力F1、F2及合力F的图示(2)在本实验中，采用下列哪些方法可以减小实验误差_A实验前，先把所用的两个弹簧测力计的钩子互相钩住平放在桌子上向相反的方向拉动，检查读数是否相同B两个分力F1和F2的大小要适当大些C两个分力F1和F2的夹角要尽量小些D拉橡皮筋的绳套要适当长一些答案(1)见解析图(2)ABD解析(1)弹簧测力计F14.80N，F23.60N作图如图所示(2)实验前，先把所用的两个弹簧测力计的钩子互相钩住平放在桌子上向相反的方向拉动，检查读数是否相同，故A正确；为了减小测量的误差，两个分力的大小要适当大一些，夹角适当大一些，故B正确，C错误；拉橡皮筋的绳套要适当长一些，故D正确一、选择题考点一共点力1如图1所示，对共点力的说法正确的是()图1A甲图中钩子受的力是共点力B乙图中扁担受的力是共点力C丙图中相框受的力不是共点力D三个图中物体受到的力都不是共点力答案A解析甲图中钩子受到的几个力作用于一点，是共点力，A项正确，D项错误；丙图中相框受到的两个拉力和重力的延长线交于一点，是共点力，C项错误；乙图中扁担受的力延长线不交于一点，不是共点力，B错误考点二探究合力与分力的关系2在“探究求合力的方法”的实验中，用一只弹簧测力计拉橡皮筋时要和用两只弹簧测力计拉时结点的位置重合，这样操作主要采用的科学方法是()A控制变量的方法B等效替代的方法C理论推导的方法D理想实验的方法答案B解析本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同，采用的科学方法是等效替代法3在做“探究求合力的方法”的实验中，以下说法中正确的是()A用两只弹簧测力计拉橡皮筋时，两细绳之间的夹角必须为90，以便求出合力的大小B用一只弹簧测力计拉橡皮筋时，结点的位置必须与用两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同一实验过程中，结点O的位置允许变动答案B解析理论上，细绳之间的夹角是任意的，不需要计算，A错误；前后两次结点的位置相同，力的作用效果才相同，B正确，D错误；由于测量和作图存在误差，F和F的方向不一定重合，实验可以证明，在误差允许的范围内，平行四边形定则总是成立的，C错误4(多选)在做“探究求合力的方法”的实验时，先用两个弹簧测力计拉橡皮筋，再用一个弹簧测力计拉橡皮筋，两次须使橡皮筋的结点达到同一位置，这样做是为了()A便于测量力的大小B使两个分力和它的合力产生相同的效果C使两个分力和它的合力有相同的作用点D便于画出分力与合力的方向答案BC解析两次使橡皮筋沿同一方向伸长相同的长度，表明第一次对橡皮筋所加的两个力与第二次对橡皮筋所加的一个力是等效力，其次，本实验探究的是共点力的合成，所以拉到同一位置也满足了共点力的条件，故选B、C.二、非选择题5某研究小组做“探究求合力的方法”的实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是_A橡皮条应和两绳套夹角平分线在一条直线上B重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线正对测力计刻度D用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O，力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示其中对于提高实验精度最有利的是_答案(1)BC(2)B6.用如图2的装置做“探究求合力的方法”实验，主要步骤如下：图2在水平桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，在橡皮条的另一端系上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，橡皮条与细绳的结点到达某一位置O，记下O点的位置及两个弹簧测力计的示数F1和F2；只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数F.记下F的大小和方向；选好标度，分别作出力F1、F2、F的图示，用虚线把F的箭头端与F1、F2的箭头端连接；多次进行实验，归纳得到结论回答下列问题：(1)步骤中遗漏的重要操作是_(2)步骤中遗漏的重要操作是_(3)下列措施中，能减小误差的措施是_AF1、F2的大小要尽量小些B在不超过弹簧测力计量程的情况下，F1、F2的大小要尽量大些C拉橡皮筋时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行D拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要近些答案(1)未记录两细绳套的方向(2)未明确是否把橡皮条与细绳的结点拉到位置O(3)BC7.某同学用如图3所示的实验装置来探究求合力的方法弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和细线方向图3(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为_N.(2)下列不必要的实验要求是_A应测量重物M所受的重力B弹簧测力计应在使用前校零C拉线方向应与木板平面平行D改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法_；_.答案(1)3.6(2)D(3)改变弹簧测力计B拉力的方向和大小；减小重物M的质量；将A更换成较大量程的弹簧测力计(任选其二)解析(1)由弹簧测力计可读出数据为3.6N；(2)因为只要O点受力平衡，三个力的合力为零即可，没有必要每次都要使O点静止在同一位置，故选D；(3)减小重物M的质量，将A更换成较大量程的弹簧测力计或改变弹簧测力计B拉力的方向和大小，都可使弹簧测力计的读数减小8小明通过实验探究求合力的方法：(1)实验所用的一只弹簧测力计如图4甲所示，在用它测力前应对它进行的操作是_图4(2)在测出F1、F2和对应的合力F后，他在纸上画出了F1、F2的图示，如图乙所示请你帮助他在图中画出合力F的图示(测得F4.9N，图中a、b为记录F方向的两点)(3)小明用虚线把F的箭头末端分别与F1、F2的箭头末端连接起来；观察图形后，他觉得所画的图形很像平行四边形至此，