第三節(jié)力的等效和替代 1關(guān)于摩擦力的方向，下列說法正確的是()A摩擦力的方向總是與運動方向相反B滑動摩擦力的方向總是與運動方向相反C滑動摩擦力一定是阻力D摩擦力的方向一定與壓力的方向垂直【答案】D精 彩 回 眸 2關(guān)于滑動摩擦力公式fFN，下列說法中正確的是() A動摩擦因數(shù)與摩擦力f成正比，f越大，越大B動摩擦因數(shù)與正壓力FN成正比，F(xiàn)N越大，越大C動摩擦因數(shù)與摩擦力f成正比，與正壓力FN成反比D動摩擦因數(shù)的大小由兩物體接觸面的粗糙程度及材料決定【答案】D 3.用手握住瓶子，使瓶子在豎直方向靜止，如圖332所示，如果握力加倍，則手對瓶子的摩擦力()A握力越大，摩擦力越大B只要瓶子不動，摩擦力大小與握力大小無關(guān)C方向由向下變成向上D手越干越粗糙，摩擦力越大圖332 【答案】B【解釋】只要瓶子不動，處于靜止?fàn)顟B(tài)，由物體的平衡條件可得手對瓶子的靜摩擦力與瓶子的重力等大反向，與手對瓶子握力的大小無關(guān)，故B正確；摩擦力的方向始終向上，C錯誤；握力越大，手越干越粗糙，手對瓶子的最大靜摩擦力越大，瓶子越不易滑脫，但并沒有改變此時瓶子所受的靜摩擦力大小，故A、D均錯誤 一、共點力1定義：如果幾個力都作用在物體的_上，或者幾個力的作用線相交于_，這幾個力就稱為共點力2圖示方法：為了明確表示物體所受的共點力，在作力的示意圖時，可以把這些力的作用點畫到它們作用線的公共交點上知 識 梳 理同一點上一點 二、力的等效和替代1等效和相互替代如果一個力的_與另外幾個力的共同_相同，那么這個力與另外幾個力可以等效和相互替代，這個力稱為另外幾個力的合力，另外幾個力稱為這個力的分力在物理學(xué)中，通常從_這一觀點出發(fā)，根據(jù)具體情況進(jìn)行力的替代，稱為力的合成與分解作用效果作用效果作用效果相同 2力的合成、分解求幾個力的_的過程或求合力的方法，叫做力的合成求一個力的_叫做力的分解 三、尋找等效力1方法：實驗、探究、根據(jù)力的作用_相同、結(jié)合力的圖示2合力與分力之間存在的關(guān)系：_的幾何關(guān)系合力分力效果 平行四邊形 1力的等效(1)力的作用效果使物體發(fā)生形變或改變物體的運動狀態(tài)(2)等效替代當(dāng)不同的力共同作用在同一物體上產(chǎn)生相同效果時，它們是可以互相替代的等效替代是重要的科學(xué)思維方法之一，它可以使復(fù)雜問題變成簡單問題力的等效和替代 2力的替代(1)合力和分力如果一個力作用在物體上，它產(chǎn)生的效果跟幾個力共同作用在物體上產(chǎn)生的效果相同，這個力就叫做那幾個力的合力，而那幾個力叫做這個力的分力合力與分力之間的關(guān)系是一種等效替代的關(guān)系；合力與分力之間的等效替代關(guān)系是可逆的，互為替代關(guān)系；合力與幾個分力對物體作用效果相同，但不能理解為物體在受到幾個力(分力)作用的同時，還受到合力的作用 (2)共點力的合成共點力：幾個力，如果都作用在物體的同一點，或者它們的作用線相交于同一點，則這幾個力就叫共點力力的合成a定義：求幾個力的合力叫做力的合成b力的合成的本質(zhì)：在保證作用效果相同的前提下，用一個力的作用代替幾個力的作用，這個力就是那幾個力的“等效力”(合力)等效代替是物理學(xué)中常用的思想方法(3)力的分解：求一個已知力的分力叫力的分解，實質(zhì)是力的合成的逆運算 【例1】 關(guān)于合力與其兩個分力的關(guān)系，下列說法不正確的是()A合力的作用效果與兩個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個分力C合力的大小可能等于某一個分力的大小D合力的大小在任何情況下都不能等于兩個分力的大小之和 解析：一個力產(chǎn)生的效果和幾個力共同產(chǎn)生的效果相同，這個力為幾個力的合力，合力的大小和方向等于分力構(gòu)成的平行四邊形對角線的大小和方向，A正確；可以通過一些特例，如二力大小相等方向相反時，其合力為零，故B正確；當(dāng)兩個力的夾角為120時，合力大小等于兩個分力的大小，C正確；兩個力方向相同時，合力等于兩個分力的大小之和，D錯答案：D 題后反思：一個力產(chǎn)生的效果與另外的幾個力共同作用時產(chǎn)生的效果相同，從而才能替代，是分別作用時產(chǎn)生的效果 (雙選)將兩個拉力F1和F2合成為一個力F，則下列說法中正確的是()AF是物體實際受到的力B物體同時受到F1、F2和F的作用CF1和F2可用F等效替代DF1、F2是物體實際受到的力【答案】CD【解釋】合力與分力的作用效果相同，但合力不是物體實際受到的力，在分析物體受力時，不能將合成以后的力當(dāng)做物體所受的力 1探究過程：將橡皮筋的一端固定在A點，另一端拴上兩根細(xì)繩，每根細(xì)繩分別連著一個量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計，沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計，當(dāng)橡皮筋的活動端拉到O點時，兩根細(xì)繩互相垂直，如圖333所示，這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出探究等效力 (1)由圖可讀出兩個互相垂直的拉力的大小分別為4.0 N和3.4 N(只需讀到0.1 N)(2)若用一個彈簧秤將橡皮條拉到O點時，彈簧秤的示數(shù)為5.0 N，方向與F1成37角，在本題的虛線方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力F 1、F2及F.圖333 2注意事項：讀彈簧秤示數(shù)時，應(yīng)注意首先找零刻度，尤其是豎直放置的那個彈簧秤是倒置的，它的讀數(shù)是3.4 N(而不是4.6 N)，水平放置的彈簧秤讀數(shù)是4.0 N.3探究方法：如圖334所示圖334 4結(jié)論：用表示力F1、F2的線段為鄰邊作一個平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線F與F等大同向這個規(guī)律叫力的平行四邊形定則 【例2】 某小組在做“尋找等效力”實驗時，實驗結(jié)果如圖335所示，A是固定橡皮條的圖釘，O為在力的作用下橡皮條與細(xì)線套的結(jié)點所達(dá)到的位置，F(xiàn)與AO共線(1)圖中_(填“F”和“F”)是兩個分力F1和F2用平行四邊形畫出的對角線的值；圖335 (2)本實驗中，假如力F1的大小及方向固定不變，為了使橡皮條仍伸長到O點，對力F2來說，下面幾種說法中正確的是() AF2可以有多個方向BF2的方向和大小可以有多個值CF2的方向和大小是唯一的DF2的方向是唯一的，但大小可以有多個值 解析：通過實驗探究，會發(fā)現(xiàn)兩個力的合力不一定比每個分力大，隨著它們夾角的增大，合力逐漸變小，合力最大為兩個力同方向時兩力大小之和，最小為兩個力反方向時兩力大小之差認(rèn)真理解等效力和平行四邊形的概念，在實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合力的圖示法進(jìn)行解答(1)顯然F是單個力作用時的情況，因為F與AO共線，F(xiàn)是F1和F2的對角線(2)由于F 1的大小和方向確定，所以F2是唯一確定的答案：(1)F(2)C 題后反思：(1)合力與分力的作用效果是相同的合力與分力是一種等效替代關(guān)系(2)由于力是矢量，合力的大小既跟分力的大小有關(guān)，又與兩個分力的方向有關(guān)，合力可以大于或者等于甚至小于分力，要根據(jù)分力的大小和夾角來確定 在做“互成角度的兩個力的合成”實驗時，以下說法中正確的是()A用兩只彈簧測力計拉橡皮條時，應(yīng)使兩細(xì)繩之間的夾角為90，以便算出合力的大小B用兩只彈簧測力計拉時，結(jié)點的位置必須與用一只彈簧測力計拉時結(jié)點的位置重合C若用兩只彈簧測力計拉時合力的圖示F與用一只彈簧測力計拉時拉力的圖示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用兩只彈簧測力計拉時，結(jié)點的位置沒有必要與用一只彈簧測力計拉時結(jié)點的位置重合【答案】B【解釋】A項中應(yīng)當(dāng)以60、90、120等各種角度實驗，A項錯誤B項正確，D項錯誤，結(jié)點重合才能體現(xiàn)力的等效性C項錯誤，應(yīng)允許有一定的測量、作圖等誤差 一、實驗?zāi)康尿炞C互成角度的兩個共點力合成的平行四邊形定則二、實驗原理用互成角度的兩個力和另一個力產(chǎn)生相同的效果，看其用平行四邊形定則求出的合力與這一個力是否相等，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)相等，就驗證了力的合成的平行四邊形定則這里用到了等效的思想實驗：驗證力的平行四邊形定則 三、實驗器材方木板一塊、白紙、橡皮條、圖釘(幾個)、細(xì)繩套(兩個)、鉛筆、彈簧測力計兩個、三角板、刻度尺、量角器四、實驗步驟1用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的方木板上 2用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩套3用兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)O點的位置4記下兩條細(xì)繩的方向，并記錄相應(yīng)的拉力F1和F2(使用彈簧測力計時要使細(xì)繩與木板平面平行)以O(shè)點為作用點作出F1和F2的圖示，以它們?yōu)猷忂呑髌叫兴倪呅?，過O點的對角線就是合力F的圖示 5只用一個彈簧測力計將橡皮條的結(jié)點拉到O點，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細(xì)繩的方向，以前面相同的標(biāo)度作出這個拉力F的圖示6比較F與F在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，大小和方向是否相同7改變兩個力F1、F2的大小和夾角，再重復(fù)實驗兩次比較每次的F與F是否在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等 五、實驗結(jié)論若用平行四邊形定則作出兩個分力F1、F2的合力F，與用一個彈簧測力計直接測出的合力F在誤差范圍內(nèi)是相等的，則可驗證力的平行四邊形定則 六、注意事項1實驗前應(yīng)檢查彈簧測力計的零點是否正確(校零)，測量時要防止摩擦、卡殼(防止彈簧、拉桿等與刻度板等發(fā)生摩擦)，讀數(shù)時要正對刻度，讀到最小刻度的下一位2選用的彈簧測力計應(yīng)具有相同的規(guī)格，可將兩彈簧測力計相互鉤在一起相反拉來檢驗，若讀數(shù)相同則可使用3實驗操作時應(yīng)使彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都與木板平行 4在同一次實驗中，兩種情況下的結(jié)點應(yīng)達(dá)到同一位置5應(yīng)使彈簧測力計的讀數(shù)應(yīng)盡量大一些，但不能太大或超出量程(會使合力超出量程)；夾角適當(dāng)，不宜過小或過大，從而不使合力過小或過大，避免誤差過大6拉橡皮條的細(xì)線要長些，標(biāo)記的方向點盡量離O點遠(yuǎn)些 【例3】 在“探究力的平行四邊形定則”的實驗中，用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩另一端系著繩套B、C(用來連接彈簧測力計)其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點，OB和OC為細(xì)繩如圖336所示綜 合拓 展提 高圖336 (1)在實驗中，如果只將細(xì)繩換成橡皮筋，其他步驟沒有改變，那么實驗結(jié)果是否會發(fā)生變化？答：_.(選填“變”或“不變”)(2)本實驗采用的科學(xué)方法是_A理想實驗法B等效替代法C控制變量法D建立物理模型法 解析：(1)實驗中細(xì)繩套用以提供拉動O點的實物以及容易確定拉力的方向，將細(xì)繩套換為橡皮筋不影響本實驗的效果(2)兩只彈簧測力計的拉力(分力)與一只彈簧測力計的拉力(合力)均把結(jié)點O拉至相同位置，即本實驗利用了合力與分力的等效替代關(guān)系答案：(1)不變(2)B