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第三节力的等效和替代目标导读1.知道力的性质和特点，掌握力的图示的画法.2.会通过实验探究力的等效性.3.知道合力与分力间满足平行四边形定则，知道力的合成与分解的定义．预习梳理1．力的三要素：、、．(1)力的大小用测力计(弹簧秤)测量，在国际单位制中，力的单位是，简称，符号：.(2)力不仅有，而且有，要把一个力完全表达出来，既要说明它的，又要说明它的．大小方向作用点牛顿牛N大小方向大小方向(3)大小和方向都相同的力，作用在物体上的不同位置，即力的作用点不同，产生的效果一般不同．2．力的图示：用一带箭头的线段把力的、和都表示出来的方法．3．合力、分力、力的合成：一个力，如果它产生的跟几个力共同作用产生的相同，这个力就叫做那几个力的合力．求几个力的叫做力的合成．如果几个力的跟原来一个力产生的相同，这几个力就叫原来那个力的分力，原来那个力也就是这几个力的合力．4．力的分解：求叫做力的分解．大小方向作用点效果效果合力作用效果效果一个已知力的分力探究归纳一、力的图示典例1一个重20N的物体沿着斜面下滑，如下图所示，关于物体所受重力的图示不正确的是()解析重力的方向总是竖直向下即垂直于水平面向下，不一定与接触面垂直；另外，选取不同的标度，力的图示会有所不同．根据上述原则可知A、D图示正确，B、C则不正确．答案BC针对练习1如图1所示，物体A对物体B的压力是10N，试画出这个力的图示．解析画力的图示，按以下步骤进行．①选定标度，此题可选3mm长的线段表示2N的力；②从作用点沿力的方向画一线段，线段长短根据选定的标度和力的大小画，线段画上刻度．如下图甲从O点竖直向下画一段五倍于标度(3mm)的线段；图1③在线段上加箭头表示力的方向．为了简便，也可以照图乙那样，不画B物体，而用O点代替B物体，画出力F的图示．答案见解析图针对练习2根据下列要求用图示法画出力：(1)水平桌面对桌面上的书产生30N的支持力；(2)用1600N的力沿与水平方向成30°角的斜上方拉车．解析水平桌面对书的支持力竖直向上，作用点可认为在书的中部．拉车时可取车上前部某点为作用点．(1)取3mm长的线段表示10N，作用点为A，书所受支持力为NA，力的图示如下图(a)所示，也可用质点表示物体，力的图示如下图(b)所示．(2)取3mm长的线段表示400N，作用点为B，车所受拉力为TB，力的图示如下图(a)所示，也可用质点表示物体,力的图示如下图(b)所示．答案见解析图二、合力与分力关系的理解典例2关于合力与其两个分力的关系，下列说法错误的是()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思路点拨由于力是矢量，有大小和方向，合力可以大于或者小于甚至等于分力，要根据分力的大小和夹角来确定．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，可以通过一些特例，如分析同一直线上的二力的等效力，两个大小相等、互成90°的两个力的等效力等．答案D针对练习3关于合力的下述说法中正确的是()A．合力的性质与原来分力性质相同B．合力与原来的分力间的关系是等效替代关系C．合力总比分力大D．合力总比一个分力大，比另一个分力小．解析在力的合成中，合力并不是一个真实存在的力，找不到合力的施力者，合力与分力的概念是建立在效果相同即所谓的等效的基础上的，因此，合力也就没有性质的问题．合力这个“合”字的意义不是代数中的“和”,合力F既可以大于，也可以等于或小于原来的任意一个分力,一般地|F1－F2|≤F≤|F1＋F2|.B三、寻找等效力典例3某小组在做“寻找等效力”实验时，实验结构如图2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2中______(填“F”或“F′”)是两个分力F1与F2用平行四边形画出的对角线的值；(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()图2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与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针对练习4给你两只量程为5N的轻弹簧秤，一个带有小钉子的平板，几张白纸，将橡皮筋结在小钉子上，白纸平铺在木板上，探究下面两个问题：(1)用一只弹簧秤将橡皮筋拉到某点O，用两只弹簧秤同时以不同的角度拉橡皮筋是否也能将橡皮筋拉到O点？即两种方法的效果是否可以相同？(2)用一只弹簧秤将橡皮筋拉到某点O的作用力与用两只弹簧秤同时以不同的角度将橡皮筋拉到O点的作用力有什么关系？解析(1)用一只弹簧秤将橡皮筋拉到某点O，用两只弹簧秤同时以不同的角度拉橡皮筋也能将橡皮筋拉到O点．即两个拉力的作用效果可以和一个力的作用效果相同．(2)分两个步骤做这个实验：①记下用一只弹簧秤拉到O点时的力的大小和方向，并用力的图示法将这个力表示出来，记为F；②记下用两只弹簧秤同时以不同的角度拉到O点时两弹簧秤的示数及方向，并用力的图示法将这两个力表示出来，记为F1、F2.多次重复步骤②，发现有一个共同的特点：F是以F1、F2为邻边构成的平行四边形的对角线．答案见解析课时作业1．下述说法正确的是()A．力的作用效果是使物体运动状态改变B．物体受到几个力的作用，运动状态一定改变C．力可以由一个物体传到另一个物体D．一个受力物体可以对应着一个以上的施力物体D2．如图3所示，两个共点力F1、F2的大小一定，夹角θ是变化的，合力为F.在θ角从0°逐渐增大到180°的过程中，合力F的大小变化情况为()A．从最小逐渐增加到最大B．从最大逐渐减小到零C．从最大逐渐减小到最小D．先增大后减小图3C3．如图4所示，力F分解为F1、F2两个分力，则下列说法不正确的是()A．F1、F2的合力就是FB．由F求F1或F2叫做力的分解C．由F1、F2求F叫做力的合成D．只有力的合成遵循平行四边形定则，力的分解是不遵循平行四边形定则的图4D4．关于两个分力F1、F2及它们的合力F，下列说法正确的是()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的力D．两力F1、F2与合力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．合力是对原来几个力的等效替代，可以是不同性质的力，合力与分力不能同时存在AC5．已知两个分力的大小为F1、F2，它们的合力大小为F，下列说法中正确的是()A．不可能出现FF1同时FF2的情况B．不可能出现FF1同时FF2的情况C．不可能出现FF1＋F2的情况D．不可能出现FF1＋F2的情况解析两个力的合力范围是|F1－F2|≤F≤F1＋F2，因此A、B、C均错，D正确．D6．在做“互成角度的两个力的合成”实验时，以下说法中正确的有()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解析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．答案B7．下面关于合力与分力的叙述正确的是()A．一个物体受到几个力的作用，同时也受到这几个力的合力的作用B．几个力的合力一定大于最小分力C．几个力的合力一定大于它的各个分力D．合力和它相应的分力可以相互替代D8．在“互成角度的两个力的合成”实验中，为了减小实验误差，下列做法错误的是()A．描点、作图时的铅笔尖一些，并使图尽量大些B．拉橡皮条的细绳尽量长些C．在用两个弹簧测力计拉时，两细绳的夹角尽量大些D．在用两个弹簧测力计拉时，两弹簧测力计的示数尽量大些解析作图时比例大些，使弹簧测力计的示数大些，可以减小相对误差，使拉橡皮条的细绳长些，可使记录绳的方向时，确定的点与结点O距离大些，减小连线时的相对误差，因此A、B、D选项所说的要求都能起到减小相对误差的作用，在实验中，两个分力F1、F2的夹角θ过大，用平行四边形作图得到的合力F的误差越大，所以在实验中不要把θ角取得太大．答案C9．在图5中，质量分布均匀的物体A受到的重力都是8N，试画出物体A所受重力的示意图．图5答案10．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，两根细绳相互垂直，如图6所示．这时弹簧测力计的读数可从图中读出．图6(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为________N和__________N(只需读到0.1N)．(2)在方格纸(见图7)上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．图7解析从图中可知，弹簧秤最小分度为0.1N，因此，竖直向下的弹簧秤读数为2.5N，水平向右的弹簧秤读数为4.0N．因为读数2.5N、4.0N均是0.5N的整数倍，因此，选方格纸中一个小方格的边长表示0.5N，应用平行四边形定则，即可画出两个力以及它们的合力，如下图所示．答案(1)2.54.0(2)见解析图