内容正文:
第七章 运动和力
课时7.4 同一直线上二力的合成
2022年课程标准
物理素养
2.2.4 了解同一直线上的二力合成。
物理观念:理解力的合成概念及合力与分力的关系。掌握同一直线上二力合成规律(同向相加,反向相减)。应用力的合成规律解释生活中的简单力学现象。
科学思维:通过实验数据归纳二力合成规律,培养逻辑推理能力。
构建实验模型,理解合力与分力的等效替代关系。分析不同情境下的合力,避免概念误解。
科学探究:设计实验探究同一直线上二力的合成规律,学会使用弹簧测力计。记录数据,总结规律,培养分析能力。以小组合作完成实验,培养团队协作和科学表达能力。
科学态度与责任:培养认真、细致、实事求是的科学态度。通过生活实例体会物理知识的应用价值,增强学习兴趣。认识科学探究的重要性,培养自主学习和创新精神。
知识点一、力的合成
1.合力:几个力作用在一个物体上,它们的作用效果可以用一个力来代替,这个力称为其他几个力的合力。
2.分力:如图所示,在提水桶时,两个小孩的力F1、F2共同作用的效果与一个大人的力F的作用效果相同,我们就说力F是F1、F2的合力,F1、F2是F的分力。
3.力的合成:如果已知几个分力的大小和方向,求合力的大小和方向,称为力的合成。
典例01 小明沿水平方向推箱子前行,推力为F,如图甲所示.推箱子的过程中,其和图像分别如图乙、丙所示,则下列判断正确的是( )
A.内,箱子受到的摩擦力大小为
B.时,箱子受到的摩擦力大小为
C.内,箱子受到的摩擦力大小不变
D.内,箱子受到的合力不为0
知识点2 探究同一直线上方向相同的两个力与合力的关系
1.实验装置:如图所示。
2.实验方法:等效法,两次都把橡皮筋拉到O点的的目的是:使两个分力和合力产生的效果相同。
3.实验步骤:
(1)用两个弹簧测力计以相同的方向,把橡皮筋的右端拉到O点,记录两个弹簧测力计的读数F1、F2;
(2)用一个弹簧测力计把橡皮筋的右端拉到O点,记录弹簧测力计的读数F3;
(3)分析实验数据,找出合力与分力的关系。
4.实验表格:
分力F1
分力F2
合力F3
分力与合力的关系
大小
方向
大小
方向
大小
方向
F3=F1+F2,合力等于两个分力之和,方向与两个分力的方向相同。
1N
向右
2N
向右
3N
向右
5.数据分析:合力等于两个分力之和,合力的方向与两个分力的方向相同。
6.实验结论:同一直线上、方向相同的两个力的合力,大小等于这两个力之和,方向与这两个力的方向相同。
典例02 某中学初二年级同学在探究同一直线二力合成的实验中,把一根轻质弹簧的一端固定在O点,另一端用尼龙细线固定在弹簧测力计的挂钩上,每次实验时,他们都将弹簧由A位置拉伸到B位置。研究过程及实验数据如图(a)、(b)、(c)所示,请仔细观察图中的装置、操作及现象,然后归纳得出初步结论。
(1)在(a)(b)和(c)三次实验中,都将弹簧拉伸到B点,目的是使每次实验中力的 相同;
(2)分析比较图中(a)与(b)中拉力的方向及弹簧测力计的示数可得出的结论是: (用公式表示);
(3)分析比较图中(a)与(c)中拉力的方向及弹簧测力计的示数可得出的结论是: (用公式表示),合力的方向与 (选填“F3”或“F4”)的方向相同。
知识点3 探究同一直线上方向相反的两个力与合力的关系
1.实验装置:如图所示。
2.实验方法:等效法,两次都把橡皮筋拉到O点的的目的是:使两个分力和合力产生的效果相同。
3.实验步骤:
(1)用两个弹簧测力计以相反的方向,把橡皮筋的右端拉到O点,记录两个弹簧测力计的读数F1、F2;
(2)用一个弹簧测力计把橡皮筋的右端拉到O点,记录弹簧测力计的读数F3;
(3)分析实验数据,找出合力与分力的关系。
4.实验表格:
分力F1
分力F2
合力F3
分力与合力的关系
大小
方向
大小
方向
大小
方向
F3=F1-F2,合力等于两个分力之差,方向与较大的分力方向相同。
3N
向右
1N
向左
2N
向右
5.数据分析:合力等于两个分力之差,合力的方向与较大的分力方向相同。
6.实验结论:同一直线上、方向相反的两个力的合力,大小等于这两个力之差,方向与较大的力方向相同。
典例03 物理小组利用橡皮筋、弹簧测力计、细绳探究“同一直线上二力的合成”,实验过程如图所示。
(1)图中表示橡皮筋 (选填“长度”或“长度变化量”);
(2)实验中,橡皮筋B端固定,用两个弹簧测力计通过细绳拉橡皮筋A端,将橡皮筋A端由O点拉至点;再用一个弹簧测力计同样把橡皮筋A端由O点拉至点,这样做的目的是 。
知识点4 合力与分力的大小关系
1.合力不一定大于分力:
(1)合力可能大于分力:如图1所示,两个同方向的力分别为1N和2N,合力为3N,合力比任何一个分力都大;
合力大于分力
合力小于分力
合力等于分力
2N
1N
2N
2N
2N
4N
图1
图2
图3
(2)合力可能小于分力:如图7-4-6所示,两个反方向的都为2N的力,合力为0,合力比任何一个都小;
(3)合力可能等于分力:如图7-4-7所示,两个反方向的力分别为2N和4N,合力为2N,合力等于其中一个分力。
所以合力不一定大于分力,大于、等于或小于分力都有可能。
2.合力的大小范围:两个力的合力最大等于这两个力的和,最小等于两个力的差。
如图3所示,10N和5N的两个力,方向相同时,合力最大,最大合力为二者之和,所以最大合力为15N;方向相反时,合力最小,最小合力为二者之差,所以最小合力为5N。
典例04 如下图所示,一个物体受到同一直线上的三个力作用,这三个力的大小分别为。这三个力的合力大小和方向分别是( )
A.20N,向左 B.6N,向右 C.6N,向左 D.2N,向左
问题一:合力和分力
【典例1】如图所示,物体A,B都处于静止状态,它们所受的重力分别是6N和14N,关于它们的受力情况,下面说法:
①物体A受到的合力是14N;②物体A受到的合力是零;
③物体B受到重力与拉力的合力是8N;④物体B受到拉力与地面支持力的合力是14N。
正确的序号是
本题可根据物体的静止状态判断其合力情况,再分别对物体 A 和物体 B 进行受力分析,进而判断各说法的正误。
【变式1-1】2024年5月21日, 我国在酒泉卫星发射中心使用武汉“新洲造”的快舟十一号遥四运载火箭,成功将武汉一号卫星发射升空。
(1)如图所示,快舟十一号火箭的发动机向下高速喷出高温燃气,火箭获得向上的推力,表明物体间力的作用是 的;火箭加速升空时,火箭推力 (选填“大于”“小于”或“等于”)重力;
(2)由于地球在自西向东不停地自转,为节省燃料,火箭在升空后,应向偏 (选填“东”或“西”)方向飞行。武汉一号卫星与火箭分离后,由于 会继续向前运动,从而到达530km高的太阳同步轨道。
【变式1-2】如图甲所示,文具盒在水平向右的推力F的作用下,沿水平桌面运动,F与时间t的关系如图乙所示。0~2s内,文具盒做匀速直线运动,下列说法正确的是( )
A.0~2s内,文具盒所受的摩擦力为2N
B.2~4s内,文具盒所受的摩擦力为3N
C.0~4s内,文具盒做匀速直线运动
D.0~4s内,文具盒所受合力的大小为1N
问题二:探究同一直线上二力的合成
【典例2】物理老师利用橡皮筋、定滑轮、钩码、小绳子和同学们一起探究同一直线上二力的合成,实验装置如图所示,橡皮筋原长AE,在力F1、F2的共同作用下伸长到AE'。
(1)通过比较图 两种情况,可知同一直线上方向相同的两个力的合力大小等于这两个力大小之 ,方向跟这两个力的方向相同。
(2)通过比较图乙和图丙两种情况,可知同一直线上方向 的两个力的合力大小等于这两个力大小之差,方向跟 (选填“较大”或“较小”)的那个力的方向相同。
这道题主要考查对同一直线上二力合成规律的探究,解题关键在于对比不同实验图中力的方向、大小以及橡皮筋的伸长情况来总结规律。
【变式2-1】甲、乙两组同学合作探究“同一直线上二力的合力”,他们将橡皮筋的一端固定,另一端与小圆环相连。如图所示,把两个弹簧测力计分别通过细绳与小圆环相连后,甲组同学沿同方向、乙组同学沿反方向拉橡皮筋至O点,记录F1、F2的大小。然后用一个弹簧测力计拉橡皮筋也至O点,记录F合的大小。他们改变O点的位置多次实验,记录的数据如表一、表二所示。
表一甲组
序号
F1/N
F2/N
F合/N
1
1.5
0.5
2.0
2
2.0
1.0
3.0
3
2.5
1.5
4.0
表二乙组
序号
F1'/N
F2'/N
F合'/N
1
5.0
3.0
2.0
2
7.0
4.0
3.0
3
9.0
5.0
4.0
(1)实验中通过 使F合的作用效果与F1、F2共同的作用效果相同;
(2)比较图中橡皮筋伸长的长度可知,此实验采用的科学方法是 ;
(3)分析比较表一的数据及相关条件可初步得出:同一直线上方向相同的两个力,合力的大小 ;
(4)分析比较表二的数据及相关条件可初步得出:同一直线上方向相反的两个力,合力的大小 。
【变式2-2】按要求完成下列小题;
(1)如图所示,把重物放在平直的塑料板上,塑料板变弯曲,这个现象说明:力可以产生的作用效果之一是使物体发生
(2)如图所示,研究“同一直线上二力合成”,实验中两个力F1和F2同时拉弹簧与一个力F单独拉弹簧,都要将弹簧右端点从位置A拉伸到位置B。这样做目的是为了保证力 (选填“改变物体的形状”或“改变物体的运动状态”)的效果相同。
【基础强化】
1.同一直线上的两个力的合力为1000牛,其中一个力的大小为400牛,则另一个力的大小( )
A.一定是600牛 B.可能等于600牛,也可能等于1400牛
C.可能大于1400牛 D.无法确定
2.作用在一个物体上的两个力的大小分别为F1=6N,F2=5N。如果这两个力作用在同一条直线上,则它们的合力大小( )
A.一定是11N B.可能是11N C.一定是1N D.可能是6N
3.如图所示,两个人分别用和的力推车和拉车,则车受到推力和拉力的合力是( )
A.180N,方向向右 B.180N,方向向左
C.20N,方向向右 D.20N,方向向左
4.一个重5N的篮球在空中运动时受到的空气阻力恒为0.8N,现将篮球竖直向上抛出,篮球在竖直上升的过程中所受的合力为 N,篮球在竖直下落的过程中所受的合力为 N。
5.一个力对物体的作用与几个力同时对物体的作用,产生的 若相同,这个力就叫做那几个力的 ;那几个力就叫做这个力的 。
6.在物理学中,求几个力合力的过程叫作 。
7.用如图所示的滑轮沿竖直方向提起一重为16N的物体A(滑轮自身重力及摩擦忽略不计),滑轮处于静止状态,其实质是一个 杠杆,力F的大小为 N,此时物体A所受到的合力大小为 N。
8.图是“探究同一直线上二力的合成”的实验装置,图中 AE 表示橡皮筋原来的长度,EE’表示橡皮筋伸长的长度。
(1)在(a)(b)和(c)三次实验中,都将橡皮筋拉伸到 AE’,目的是使每次实验中力产生的 相同。
(2)(a)和(c)两次实验,是在探究同一直线上方向 的两个力 F1、 F2与合力F 的关系。
(3)在(b)实验中,若每个钩码重均为 0.5 N,则力 F1、 F2的合力大小为 N,合力的方向跟力 的方向相同。
9.如图甲所示物体竖直方向受 、 两个力的作用, , 。将物体看成一个有质量的点,如图乙所示。请在图乙中画出物体所受的合力F的示意图并标出合力F的大小。
【素养提升】
10.如图所示,放在水平桌面上的木块受到F1=8N,F2=3N水平推力作用而静止,此时物体受到的合力为 N;若物体在F1=10N,F2=3N两水平推力作用下向右做匀速直线运动,撤去F1此时物体在水平方向上受到的合力为 N。
11.我国自主研发的长航程极地漫游机器人,质量约500kg,装有四条三角形履带,2013年2月,首次在南极内陆冰盖完成了27 km的自主行走,g取10 N/kg。求:
(1)该机器人所受的重力是多少?
(2)本次自主行走共耗时0.5 h,则它的平均速度为多少?
(3)如果机器人刚启动时水平方向上牵引力是20N,受到的阻力是10N则机器人此时水平方向上受到的合力是多大?
12.一个重为6N的小球由静止开始下落,小球运动过程所受空气阻力为1N,其受到的合力的大小和方向是( )
A.7N,竖直向下 B.5N,竖直向下
C.1N,竖直向下 D.5N,竖直向上
13.有一质量为15千克的物体,在大小为20牛的水平拉力F作用下,以4米秒的速度在水平地面上做匀速直线运动,其s-t图像如图所示。取g=10N/kg,求:
(1)该物体在A、B间通过的路程;
(2)物体受到的重力;
(3)当物体受到的拉力方向不变、且增大到30牛时,物体所受合力的大小。
14.利用图所示的装置探究同一直线上二力合成的规律时,首先将弹簧的B端固定,用两个测力计沿相反方向拉A端,使A端到达某一点O并记录下该点的位置,然后在表格中记录下两个拉力的大小与方向。再用一个测力计拉弹簧A端,仍将A端拉伸到O点,记录下此时拉力的大小与方向。
施力情况
大小
方向
用两个测力计
F1=2.5N
向右
F2=1N
向左
用一个测力计
F=1.5N
向右
(1)从表记录中你能得到的关于同一直线上合力与分力的大小关系是 (用字母F、F1、F2表示)
(2)实验中用一个测力计拉弹簧时,仍要将弹簧A端拉伸到O点再读数是为了让前后两次力的 相同。
15.如图所示,文具盒在水平向右的推力F的作用下,沿水平桌面运动, F与时间t的关系如图所示。0~2s内,文具盒做匀速直线运动,此过程中它所受的摩擦力方向向 (选填“左”或“右”),大小为 N; 3~4s内,文具盒所受合力的大小为 N。
【能力培优】
16.四个力的大小如表所示,以下选项分别是铁块同时受到两个或三个力的作用,其作用效果与图中的力F的作用效果相同的是( )
力
力的大小
1N
3N
5N
5N
A. B. C. D.
17.如图所示的装置中甲物重7牛,乙物重3牛。甲、乙均保持静止状态,不计弹簧秤自重。则甲受到的合力和弹簧秤的示数分别是( )
A.0牛,3牛 B.0牛,4牛 C.4牛,10牛 D.4牛,3牛
18.如图甲所示,粗糙程度不变的水平地面上,小明对物体施加水平向右的推力F,使其做直线运动。其和的图线分别如图乙、图丙所示。
(1)3~6s,物体运动的路程 m;
(2)在方框内画出物体(用“·”表示)在3~6s的受力示意图;
(3)在图丁中画出物体在0~12s所受摩擦力关系图线;
(4)在第2s,物体在水平方向所受的合力大小为 N,方向是水平 。
19.阅读短文,回答问题:
失重
在一次太空知识讲座中,老师让同学们做一个实验:用弹簧测力计竖直悬挂一个重物,分别使重物处于静止和匀速下降,再让其加速下降,同学们发现,重物在静止和匀速下降时,弹簧测力计的示数相同,就等于物体所受的重力;而加速下降时,却看到弹簧测力计的示数明显减小,好像物体的重力突然间减小了。老师解释说:“这在物理学上称为失重现象,失重就是物体对支持物的压力或悬挂物的拉力小于物体实际所受重力的现象。如当人们乘电梯加速下降时,人对电梯地面压力就小于人受到的重力”,小勇在老师指导下到电梯内做失重实验,如图甲,他将一个体重秤放在电梯水平地面上,然后站上秤台,如图乙所示,在电梯向下运动的过程中,他记录下体重秤在不同时间段的示数及对应的时间,描绘出了体重秤的示数随时间t的变化图像如图丙所示。已知小勇的实际质量为60kg(g取10N/kg)。
(1)电梯静止时,小勇对秤台的压力为 N。此时小勇受到的重力与 力是一对平衡力,所受合力为0(说明:若二力方向相同时,合力等于二力之和;若二力方向相反时,合力等于二力之差);
(2)若电梯在10s内下降的距离为18m,电梯这段运动时间内的平均速度 m/s;
(3)根据图丙分析,小勇在 (选填“0~t1”、“t1~t2”、“t2~10s”)段时间内处于失重状态,此时小勇所受支持力为 N;
(4)分析图丙可知,在t2~10s时间段内小勇对秤台的压力 他的重力(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)若下降中体重秤示数为零,即说明他对体重秤压力F为零,我们称这种现象为完全失重,如果物体所受合力的大小与物体质量关系为F合=ma,其中a称为加速度,单位为N/kg,F合=G-F,小勇完全失重时加速度a= N/kg。
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第七章 运动和力
课时7.4 同一直线上二力的合成
2022年课程标准
物理素养
2.2.4 了解同一直线上的二力合成。
物理观念:理解力的合成概念及合力与分力的关系。掌握同一直线上二力合成规律(同向相加,反向相减)。应用力的合成规律解释生活中的简单力学现象。
科学思维:通过实验数据归纳二力合成规律,培养逻辑推理能力。
构建实验模型,理解合力与分力的等效替代关系。分析不同情境下的合力,避免概念误解。
科学探究:设计实验探究同一直线上二力的合成规律,学会使用弹簧测力计。记录数据,总结规律,培养分析能力。以小组合作完成实验,培养团队协作和科学表达能力。
科学态度与责任:培养认真、细致、实事求是的科学态度。通过生活实例体会物理知识的应用价值,增强学习兴趣。认识科学探究的重要性,培养自主学习和创新精神。
知识点一、力的合成
1.合力:几个力作用在一个物体上,它们的作用效果可以用一个力来代替,这个力称为其他几个力的合力。
2.分力:如图所示,在提水桶时,两个小孩的力F1、F2共同作用的效果与一个大人的力F的作用效果相同,我们就说力F是F1、F2的合力,F1、F2是F的分力。
3.力的合成:如果已知几个分力的大小和方向,求合力的大小和方向,称为力的合成。
典例01 小明沿水平方向推箱子前行,推力为F,如图甲所示.推箱子的过程中,其和图像分别如图乙、丙所示,则下列判断正确的是( )
A.内,箱子受到的摩擦力大小为
B.时,箱子受到的摩擦力大小为
C.内,箱子受到的摩擦力大小不变
D.内,箱子受到的合力不为0
【答案】AC
【解析】A.由丙图可知,前3s箱子速度为零,箱子处于静止状态,合力为零,则水平方向受到的摩擦力和推力是一对平衡力;由乙图可知,箱子所受推力为3N,则可知(静)摩擦力也为3N,故A正确;
BD.由图丙知9~12s内,箱子做匀速直线运动,速度为1m/s,箱子所受推力和滑动摩擦力是一对平衡力,大小相等,所以箱子受到的合外力为0,由图乙知,此时的推力为6N,摩擦力也为6N,t=5s时,由于压力和接触面的粗糙程度不变,摩擦力不变,仍为6N,故BD错误;
C.由图乙可知,3~6s箱子做加速运动,6~9s箱子做减速运动,而滑动摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度有关,与速度大小无关,所以3~9s内,压力的大小和接触面的粗糙程度均不变,箱子受到摩擦力大小不变,故C正确。
故选AC。
知识点2 探究同一直线上方向相同的两个力与合力的关系
1.实验装置:如图所示。
2.实验方法:等效法,两次都把橡皮筋拉到O点的的目的是:使两个分力和合力产生的效果相同。
3.实验步骤:
(1)用两个弹簧测力计以相同的方向,把橡皮筋的右端拉到O点,记录两个弹簧测力计的读数F1、F2;
(2)用一个弹簧测力计把橡皮筋的右端拉到O点,记录弹簧测力计的读数F3;
(3)分析实验数据,找出合力与分力的关系。
4.实验表格:
分力F1
分力F2
合力F3
分力与合力的关系
大小
方向
大小
方向
大小
方向
F3=F1+F2,合力等于两个分力之和,方向与两个分力的方向相同。
1N
向右
2N
向右
3N
向右
5.数据分析:合力等于两个分力之和,合力的方向与两个分力的方向相同。
6.实验结论:同一直线上、方向相同的两个力的合力,大小等于这两个力之和,方向与这两个力的方向相同。
典例02 某中学初二年级同学在探究同一直线二力合成的实验中,把一根轻质弹簧的一端固定在O点,另一端用尼龙细线固定在弹簧测力计的挂钩上,每次实验时,他们都将弹簧由A位置拉伸到B位置。研究过程及实验数据如图(a)、(b)、(c)所示,请仔细观察图中的装置、操作及现象,然后归纳得出初步结论。
(1)在(a)(b)和(c)三次实验中,都将弹簧拉伸到B点,目的是使每次实验中力的 相同;
(2)分析比较图中(a)与(b)中拉力的方向及弹簧测力计的示数可得出的结论是: (用公式表示);
(3)分析比较图中(a)与(c)中拉力的方向及弹簧测力计的示数可得出的结论是: (用公式表示),合力的方向与 (选填“F3”或“F4”)的方向相同。
【答案】(1)作用效果 (2)F=F1+F2 (3)F=F3-F4 F3
【解析】(1)根据控制变量法可知,三次实验中,都将弹簧拉伸到B点,是为了使每次实验中力的作用效果都相同。
(2)由图中(a)与(b)可知,(a)中力F的作用效果与(b)中F1和F2两个力的作用效果相同,且F1和F2两个力的方向相同,故可得出结论
F=F1+F2
(3)[1][2]由图中(a)与(c)可知,(a)中力F的作用效果与(c)中F3和F4两个力的作用效果相同,且F3和F4两个力的方向相反,故可得出结论
F=F3-F4
且弹簧的形变与力F的形变相同,即合力的方向与力F3的方向相同。
知识点3 探究同一直线上方向相反的两个力与合力的关系
1.实验装置:如图所示。
2.实验方法:等效法,两次都把橡皮筋拉到O点的的目的是:使两个分力和合力产生的效果相同。
3.实验步骤:
(1)用两个弹簧测力计以相反的方向,把橡皮筋的右端拉到O点,记录两个弹簧测力计的读数F1、F2;
(2)用一个弹簧测力计把橡皮筋的右端拉到O点,记录弹簧测力计的读数F3;
(3)分析实验数据,找出合力与分力的关系。
4.实验表格:
分力F1
分力F2
合力F3
分力与合力的关系
大小
方向
大小
方向
大小
方向
F3=F1-F2,合力等于两个分力之差,方向与较大的分力方向相同。
3N
向右
1N
向左
2N
向右
5.数据分析:合力等于两个分力之差,合力的方向与较大的分力方向相同。
6.实验结论:同一直线上、方向相反的两个力的合力,大小等于这两个力之差,方向与较大的力方向相同。
典例03 物理小组利用橡皮筋、弹簧测力计、细绳探究“同一直线上二力的合成”,实验过程如图所示。
(1)图中表示橡皮筋 (选填“长度”或“长度变化量”);
(2)实验中,橡皮筋B端固定,用两个弹簧测力计通过细绳拉橡皮筋A端,将橡皮筋A端由O点拉至点;再用一个弹簧测力计同样把橡皮筋A端由O点拉至点,这样做的目的是 。
【答案】(1)长度变化量 (2)使力的作用效果相同
【解析】(1)由图可知,O点为橡皮筋原长的位置,点为橡皮筋伸长后的位置,所以图中表示橡皮筋度变化量。
(2)在实验中研究的是两个力的共同效果,故为了使力的作用效果相同,应让橡皮筋伸长相同的长度,将橡皮筋的右端拉到点。
知识点4 合力与分力的大小关系
1.合力不一定大于分力:
(1)合力可能大于分力:如图1所示,两个同方向的力分别为1N和2N,合力为3N,合力比任何一个分力都大;
合力大于分力
合力小于分力
合力等于分力
2N
1N
2N
2N
2N
4N
图1
图2
图3
(2)合力可能小于分力:如图7-4-6所示,两个反方向的都为2N的力,合力为0,合力比任何一个都小;
(3)合力可能等于分力:如图7-4-7所示,两个反方向的力分别为2N和4N,合力为2N,合力等于其中一个分力。
所以合力不一定大于分力,大于、等于或小于分力都有可能。
2.合力的大小范围:两个力的合力最大等于这两个力的和,最小等于两个力的差。
如图3所示,10N和5N的两个力,方向相同时,合力最大,最大合力为二者之和,所以最大合力为15N;方向相反时,合力最小,最小合力为二者之差,所以最小合力为5N。
典例04 如下图所示,一个物体受到同一直线上的三个力作用,这三个力的大小分别为。这三个力的合力大小和方向分别是( )
A.20N,向左 B.6N,向右 C.6N,向左 D.2N,向左
【答案】D
【解析】由图可知,F1、F2这两个力的合力为
F=F1+F2=7N+4N=11N
方向向左;F1、F2两个力的合力F与F3方向相反,故合力为
F′=F-F3=11N-9N=2N
方向向左;故这三个力的合力大小为2N,方向向左。故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
问题一:合力和分力
【典例1】如图所示,物体A,B都处于静止状态,它们所受的重力分别是6N和14N,关于它们的受力情况,下面说法:
①物体A受到的合力是14N;②物体A受到的合力是零;
③物体B受到重力与拉力的合力是8N;④物体B受到拉力与地面支持力的合力是14N。
正确的序号是
【答案】②③④
【解析】①②.物体A受重力GA和绳子对A的拉力FA,因为物体A静止,所以
FA=GA=6N
这两个力平衡,则合力为零,故①错误,②正确;
③.物体B受向下的重力、绳子向上的拉力、地面向上的支持力,则有
GB=F支+FB
因为力的作用是相互的,所以
FB=FA=6N
物体B受到重力与拉力的合力
F=GB-FB=14N- 6N=8N
故③正确;
④.物体B受到拉力与地面支持力的合力
F1=FB+F支 =GB=14N
故④正确。
故选②③④。
本题可根据物体的静止状态判断其合力情况,再分别对物体 A 和物体 B 进行受力分析,进而判断各说法的正误。
【变式1-1】2024年5月21日, 我国在酒泉卫星发射中心使用武汉“新洲造”的快舟十一号遥四运载火箭,成功将武汉一号卫星发射升空。
(1)如图所示,快舟十一号火箭的发动机向下高速喷出高温燃气,火箭获得向上的推力,表明物体间力的作用是 的;火箭加速升空时,火箭推力 (选填“大于”“小于”或“等于”)重力;
(2)由于地球在自西向东不停地自转,为节省燃料,火箭在升空后,应向偏 (选填“东”或“西”)方向飞行。武汉一号卫星与火箭分离后,由于 会继续向前运动,从而到达530km高的太阳同步轨道。
【答案】 相互 大于 东 惯性
【解析】(1)[1]火箭通过喷射燃气,对燃气施加一个向后的作用力,由于物体间力的作用是相互的,燃气就会对火箭施加一个向前的反作用力,从而使火箭向前运动。
[2]火箭加速升空,火箭受到的合力的方向是向上的,所以受到的推力大于重力和空气阻力的合力,故火箭推力大于重力。
(2)[3]由于地球在自西向东不停地自转,为节省燃料,火箭发射前就向东运动的,在升空后,应向偏东方向飞行。
[4]武汉一号卫星与火箭分离后,由于惯性保持原来的运动状态继续向前运动。
【变式1-2】如图甲所示,文具盒在水平向右的推力F的作用下,沿水平桌面运动,F与时间t的关系如图乙所示。0~2s内,文具盒做匀速直线运动,下列说法正确的是( )
A.0~2s内,文具盒所受的摩擦力为2N
B.2~4s内,文具盒所受的摩擦力为3N
C.0~4s内,文具盒做匀速直线运动
D.0~4s内,文具盒所受合力的大小为1N
【答案】A
【解析】A.0~2s内,文具盒做匀速直线运动,此过程中它所受的摩擦力大小与推力大小相等、方向相反,是一对平衡力,由图可知,0~2s物体受到的推力为2N,所以摩擦力为2N,故A正确;
B.由于接触面的粗糙程度不变,压力不变,所以2~4s内,文件盒受到的摩擦力大小不变,仍为2N,故B错误;
C.由图乙可知,2~4s内,推力为3N,而摩擦力为2N,推力大于摩擦力,文具盒水平方向上受到的不是平衡力,文具盒将不再保持匀速直线运动,故C错误;
D.由AC选项分析可知,0~2s内文具盒所受合力为0,2~4s内文具盒所受合力为
因此并不是整个过程合力都为1N,故D错误。
故选A。
问题二:探究同一直线上二力的合成
【典例2】物理老师利用橡皮筋、定滑轮、钩码、小绳子和同学们一起探究同一直线上二力的合成,实验装置如图所示,橡皮筋原长AE,在力F1、F2的共同作用下伸长到AE'。
(1)通过比较图 两种情况,可知同一直线上方向相同的两个力的合力大小等于这两个力大小之 ,方向跟这两个力的方向相同。
(2)通过比较图乙和图丙两种情况,可知同一直线上方向 的两个力的合力大小等于这两个力大小之差,方向跟 (选填“较大”或“较小”)的那个力的方向相同。
【答案】(1)甲、丙 和 (2)相反 较大
【解析】(1)[1][2]甲图中,在同一直线上方向相同的两个力共同作用下,使橡皮筋右端拉至E´点,丙图中,在一个力的作用下也有同样的效果,结合图甲、丙中钩码的个数,故通过比较图甲、丙两种情况,可知同一直线上方向相同的两个力的合力大小等于这两个力大小之和,方向跟这两个力的方向相同。
(2)[1][2]乙图中,橡皮筋在两个方向相反的力的作用下伸长到E´点,丙图中在一个力的作用下,橡皮筋右端拉至E´点,故通过比较图乙和图丙两种情况,可知同一直线上方向相反的两个力的合力大小等于这两个力大小之差,方向跟较大的那个力的方向相同。
这道题主要考查对同一直线上二力合成规律的探究,解题关键在于对比不同实验图中力的方向、大小以及橡皮筋的伸长情况来总结规律。
【变式2-1】甲、乙两组同学合作探究“同一直线上二力的合力”,他们将橡皮筋的一端固定,另一端与小圆环相连。如图所示,把两个弹簧测力计分别通过细绳与小圆环相连后,甲组同学沿同方向、乙组同学沿反方向拉橡皮筋至O点,记录F1、F2的大小。然后用一个弹簧测力计拉橡皮筋也至O点,记录F合的大小。他们改变O点的位置多次实验,记录的数据如表一、表二所示。
表一甲组
序号
F1/N
F2/N
F合/N
1
1.5
0.5
2.0
2
2.0
1.0
3.0
3
2.5
1.5
4.0
表二乙组
序号
F1'/N
F2'/N
F合'/N
1
5.0
3.0
2.0
2
7.0
4.0
3.0
3
9.0
5.0
4.0
(1)实验中通过 使F合的作用效果与F1、F2共同的作用效果相同;
(2)比较图中橡皮筋伸长的长度可知,此实验采用的科学方法是 ;
(3)分析比较表一的数据及相关条件可初步得出:同一直线上方向相同的两个力,合力的大小 ;
(4)分析比较表二的数据及相关条件可初步得出:同一直线上方向相反的两个力,合力的大小 。
【答案】(1)橡皮筋伸长的长度相同 (2)等效替代法 (3)等于这两个力大小之和 (4)等于这两个力大小之差
【解析】(1)实验中通过将橡皮筋拉伸到同一位置O点,使F合的作用效果与F1、F2共同的作用效果相同。因为力可以使物体发生形变,当橡皮筋拉伸到同一位置时,说明力的作用效果相同。
(2)比较图中橡皮筋伸长的长度可知,此实验采用的科学方法是等效替代法。用一个力F合替代两个力F1、F2,且作用效果相同,这就是等效替代法。
(3)分析比较表一的数据及相关条件,甲组同学沿同方向拉橡皮筋,序号1中:F1=1.5N,F2=0.5N,F合=2.0N,F合=F1+F2;序号2中:F1=2.0N,F2=1.0N,F合=3.0N,F合=F1+F2;序号3中:F1=2.5N,F2=1.5N,F合=4.0N,F合=F1+F2。可初步得出:同一直线上方向相同的两个力,合力的大小等于这两个力大小之和。
(4)分析比较表二的数据及相关条件,乙组同学沿反方向拉橡皮筋,序号1中:F1′=5.0N,F2′=3.0N,F合′=2.0N,F合′=F1′-F2′;序号2中:F1′=7.0N,F2′=4.0N,F合′=3.0N,F合′=F1′-F2′;序号3中:F1′=9.0N,F2′=5.0N,F合′=4.0N,F合′=F1′-F2′。可初步得出:同一直线上方向相反的两个力,合力的大小等于这两个力大小之差,且合力方向与较大力的方向相同。
【变式2-2】按要求完成下列小题;
(1)如图所示,把重物放在平直的塑料板上,塑料板变弯曲,这个现象说明:力可以产生的作用效果之一是使物体发生
(2)如图所示,研究“同一直线上二力合成”,实验中两个力F1和F2同时拉弹簧与一个力F单独拉弹簧,都要将弹簧右端点从位置A拉伸到位置B。这样做目的是为了保证力 (选填“改变物体的形状”或“改变物体的运动状态”)的效果相同。
【答案】(1)形变 (2)改变物体的形状
【解析】(1)当重物放在平直的塑料板上时,塑料板发生了弯曲。这个现象直观地说明了力可以产生的一种作用效果,即力可以使物体发生形变。
(2)实验中,通过两种方式来拉伸弹簧:一是两个力F1和F2同时拉弹簧,二是用一个力F单独拉弹簧。这两种方式都要将弹簧的右端点从位置A拉伸到位置B。这样做的目的是为了保证两种情况下力产生的效果相同,即都是使弹簧发生了相同的形变。由于形变是物体形状或尺寸的改变,而这里弹簧的右端点从A到B的位移就是其形状的改变,因此我们可以说,这样做的目的是为了保证力“改变物体的形状”的效果相同。
【基础强化】
1.同一直线上的两个力的合力为1000牛,其中一个力的大小为400牛,则另一个力的大小( )
A.一定是600牛 B.可能等于600牛,也可能等于1400牛
C.可能大于1400牛 D.无法确定
【答案】B
【解析】同一直线的两个力的合力,如果两个力方向相同,则合力大小等于两个力的大小之和;若两个力的方向相反,则合力大小等于较大的力减去减小的力。
本题有两种可能,若两个力方向相同,则另一个力的大小为
1000N-400N=600N
若两个力方向相反,则另一个力的大小为
1000N+400N=1400N
故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
2.作用在一个物体上的两个力的大小分别为F1=6N,F2=5N。如果这两个力作用在同一条直线上,则它们的合力大小( )
A.一定是11N B.可能是11N C.一定是1N D.可能是6N
【答案】B
【解析】当两个力方向相同时
当两个力方向相反时
故选B。
3.如图所示,两个人分别用和的力推车和拉车,则车受到推力和拉力的合力是( )
A.180N,方向向右 B.180N,方向向左
C.20N,方向向右 D.20N,方向向左
【答案】A
【解析】两个人分别用和向右的力推车和拉车,两个力的方向相同,所以合力为
方向向右,故BCD不符合题意,A符合题意。
故选A。
4.一个重5N的篮球在空中运动时受到的空气阻力恒为0.8N,现将篮球竖直向上抛出,篮球在竖直上升的过程中所受的合力为 N,篮球在竖直下落的过程中所受的合力为 N。
【答案】 5.8 4.2
【解析】[1]篮球在上升过程中,受竖直向下的重力和空气对它竖直向下的阻力,因同一直线上同方向的两个力的合力大小为二者之和,则所受的合力为
F=G+f=5N+0.8N=5.8N
[2]篮球在下落过程中,受竖直向下的重力和空气对它竖直向上的阻力,因同一直线上方向相反的两个力的合力大小为二者之差,则所受的合力为
F′=G﹣f=5N﹣0.8N=4.2N
5.一个力对物体的作用与几个力同时对物体的作用,产生的 若相同,这个力就叫做那几个力的 ;那几个力就叫做这个力的 。
【答案】 效果 合力 分力
【解析】[1][2][3]根据合力和分力的概念可知,一个力对物体的作用与几个力同时对物体的作用,产生的效果相同,我们就把这个力就叫做那几个力的合力,那几个力就叫做这个力的分力。用合力代替分力的前提必须是作用效果相同。
6.在物理学中,求几个力合力的过程叫作 。
【答案】力的合成
【解析】一个力的作用效果如果与几个力共同作用产生的效果相同,这个力就叫那几个力的合力,那几个力就叫这个力的分力,求几个力的合力的过程或方法,叫力的合成。
7.用如图所示的滑轮沿竖直方向提起一重为16N的物体A(滑轮自身重力及摩擦忽略不计),滑轮处于静止状态,其实质是一个 杠杆,力F的大小为 N,此时物体A所受到的合力大小为 N。
【答案】 省力 8 0
【解析】[1][2][3]由图可知,该滑轮是动滑轮,其实质是省力杠杆;不计滑轮自身重力和摩擦,拉力
物体静止,受平衡力作用,即物体所受到的合力大小为。
8.图是“探究同一直线上二力的合成”的实验装置,图中 AE 表示橡皮筋原来的长度,EE’表示橡皮筋伸长的长度。
(1)在(a)(b)和(c)三次实验中,都将橡皮筋拉伸到 AE’,目的是使每次实验中力产生的 相同。
(2)(a)和(c)两次实验,是在探究同一直线上方向 的两个力 F1、 F2与合力F 的关系。
(3)在(b)实验中,若每个钩码重均为 0.5 N,则力 F1、 F2的合力大小为 N,合力的方向跟力 的方向相同。
【答案】 作用效果(或“效果”) 相同 1.5 F1
【解析】(1)[1]在(a)(b)和(c)三次实验中,都将橡皮筋拉伸到 AE’,目的是使每次实验中力产生的作用效果相同,即使物体的形状发生相同的改变。
(2)[2](a)和(c)两次实验研究分力与全力的作用效果,即探究同一直线上方向相同的两个力F1、F2与合力F的关系。
(3)[3][4]在(b)实验中,若每个钩码重均为0.5N,则方向相反的力F1、F2的合力大小为
F合=40.5N-0.5N=1.5N
由于力F1较大,则合力的方向跟力F1的方向相同。
9.如图甲所示物体竖直方向受 、 两个力的作用, , 。将物体看成一个有质量的点,如图乙所示。请在图乙中画出物体所受的合力F的示意图并标出合力F的大小。
【答案】
【解析】物体竖直方向受 、 两个力的作用, ,,其合力大小为
方向与较大的F2方向相同,竖直向下,合力F如图乙所示:
【素养提升】
10.如图所示,放在水平桌面上的木块受到F1=8N,F2=3N水平推力作用而静止,此时物体受到的合力为 N;若物体在F1=10N,F2=3N两水平推力作用下向右做匀速直线运动,撤去F1此时物体在水平方向上受到的合力为 N。
【答案】 0 10
【解析】[1]物体在水平面上静止,处于平衡状态,受到的合力为0。
[2]若物体在F1=10N,F2=3N两水平推力作用下向右匀速运动,则此时物体水平方向上受平衡力,除受两个推力外,还受水平向左的滑动摩擦力,滑动摩擦力大小
f= F1﹣F2 =10N﹣3N=7N
此时撤去F1,则物体在水平方向上受到向左3N的推力和向左7N的摩擦力,则所受的合力为
3N+7N=10N
方向水平向左。
11.我国自主研发的长航程极地漫游机器人,质量约500kg,装有四条三角形履带,2013年2月,首次在南极内陆冰盖完成了27 km的自主行走,g取10 N/kg。求:
(1)该机器人所受的重力是多少?
(2)本次自主行走共耗时0.5 h,则它的平均速度为多少?
(3)如果机器人刚启动时水平方向上牵引力是20N,受到的阻力是10N则机器人此时水平方向上受到的合力是多大?
【答案】(1)5000N;(2)54km/h;(3)10N
【解析】解:(1)该机器人所受到的重力
G=mg=500kg×10N/kg=5000N
(2)本次自主行走共耗时0.5h,则它的平均速度
(3)机器人水平方向上牵引力是20N,受到的阻力是10N,则合力为
答:(1)该机器人所受到的重力是5000N;
(2)本次自主行走共耗时0.5h,则它的平均速度为54km/h。
(3)机器人此时水平方向上受到的合力为10N。
12.一个重为6N的小球由静止开始下落,小球运动过程所受空气阻力为1N,其受到的合力的大小和方向是( )
A.7N,竖直向下 B.5N,竖直向下
C.1N,竖直向下 D.5N,竖直向上
【答案】B
【解析】小球在下落过程中,受到竖直向下的重力G、竖直向上的阻力f,且重力较大,则合力
合力的方向竖直向下,故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
13.有一质量为15千克的物体,在大小为20牛的水平拉力F作用下,以4米秒的速度在水平地面上做匀速直线运动,其s-t图像如图所示。取g=10N/kg,求:
(1)该物体在A、B间通过的路程;
(2)物体受到的重力;
(3)当物体受到的拉力方向不变、且增大到30牛时,物体所受合力的大小。
【答案】(1)12m;(2)150N;(3)10N
【解析】解:(1)已知物体的运动速度v=4m/s,则物体在A、B间通过的路程为
s=vt=4m/s×(5s-2s)=12m
(2)物体受到的重力为
G=mg=15kg×10N/kg=150N
(3)物体做匀速直线运动时,处于平衡状态,受到平衡力作用,由二力平衡的条件可知物体受到的摩擦力为
f=F=20N
滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度和接触面所受压力大小有关,因此拉力改变,摩擦力不变;则拉力变为F'=30N后,物体所受的合力为
F合= F'-f=30N-20N=10N
答:(1)该物体在A、B间通过的路程为12m;
(2)物体受到的重力为150N;
(3)当物体受到的拉力方向不变、且增大到30牛时,物体所受合力的大小为10N。
14.利用图所示的装置探究同一直线上二力合成的规律时,首先将弹簧的B端固定,用两个测力计沿相反方向拉A端,使A端到达某一点O并记录下该点的位置,然后在表格中记录下两个拉力的大小与方向。再用一个测力计拉弹簧A端,仍将A端拉伸到O点,记录下此时拉力的大小与方向。
施力情况
大小
方向
用两个测力计
F1=2.5N
向右
F2=1N
向左
用一个测力计
F=1.5N
向右
(1)从表记录中你能得到的关于同一直线上合力与分力的大小关系是 (用字母F、F1、F2表示)
(2)实验中用一个测力计拉弹簧时,仍要将弹簧A端拉伸到O点再读数是为了让前后两次力的 相同。
【答案】 F=F1-F2 作用效果
【解析】(1)[1]由表中数据知道,F=1.5N,F1与F2的差为
F=F1-F2=1.5N
故可得当作用在同一直线上两个力的方向相反时,合力与分力的大小关系是
F=F1-F2
(2)[2]力F的作用效果与力F1、F2共同作用的效果相同时,这个力F才叫做F1、F2的合力,故将弹簧A端拉到O点再读数是为了保证力F的作用效果与力F1、F2共同作用的效果相同。
15.如图所示,文具盒在水平向右的推力F的作用下,沿水平桌面运动, F与时间t的关系如图所示。0~2s内,文具盒做匀速直线运动,此过程中它所受的摩擦力方向向 (选填“左”或“右”),大小为 N; 3~4s内,文具盒所受合力的大小为 N。
【答案】 左 2 1
【解析】[1][2]0~2s内,文具盒做匀速直线运动,处于平衡状态,受到的摩擦力与推力F是一对大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在同一物体上的平衡力,由坐标图可知,0~2s内,文具盒受到向右的推力为2N,所以0~2s内,文具盒受的摩擦力大小为2N,方向向左。
[3]3~4s内,文具盒对桌面的压力和与桌面的粗糙程度不变,则此时文具盒受到的摩擦力不变,依然为2N,方向向左;由坐标图可知,此时文具盒受到向右的推力为3N,故此时文具盒所受合力的大小为
3N-2N=1N
【能力培优】
16.四个力的大小如表所示,以下选项分别是铁块同时受到两个或三个力的作用,其作用效果与图中的力F的作用效果相同的是( )
力
力的大小
1N
3N
5N
5N
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】由图可知铁块合力向右,合力为4N;
A.由图可知,合力为0,故A不符合题意;
B.由图可知,合力方向为左,故B不符合题意;
C.由图可知,合力为1N,故C不符合题意;
D.由图可知,合力向右,合力为4N;故D符合题意。
故选D。
17.如图所示的装置中甲物重7牛,乙物重3牛。甲、乙均保持静止状态,不计弹簧秤自重。则甲受到的合力和弹簧秤的示数分别是( )
A.0牛,3牛 B.0牛,4牛 C.4牛,10牛 D.4牛,3牛
【答案】A
【解析】由于甲物体处于静止状态,而静止状态是一种平衡状态,处于平衡状态的物体受到的合力为0N;弹簧秤受到乙对它一个向右的拉力,这个拉力就等于乙的重力,弹簧秤的示数就等于这个拉力,即拉力等于乙的重力,为3N。
故选A。
18.如图甲所示,粗糙程度不变的水平地面上,小明对物体施加水平向右的推力F,使其做直线运动。其和的图线分别如图乙、图丙所示。
(1)3~6s,物体运动的路程 m;
(2)在方框内画出物体(用“·”表示)在3~6s的受力示意图;
(3)在图丁中画出物体在0~12s所受摩擦力关系图线;
(4)在第2s,物体在水平方向所受的合力大小为 N,方向是水平 。
【答案】 9 30 向右
【解析】(1)[1]由图丙可知,3~6s物体做匀速运动,速度为
则3~6s物体运动的路程为
(2)[2]图丙可知,在3~6s,物体做匀速直线运动,所以此时物体在水平方向上受力平衡,推力与摩擦力是一对平衡力,大小相等,方向相反,所以摩擦力大小等于拉力大小,由图乙可知,3~6s,物体受到推力为60N,则摩擦力也为60N;在竖直方向上物体受到重力和水平地面的支持力,两个力为平衡力;其受力示意图如图所示:
(3)[3]由图乙可知,3~6s内,物体做匀速直线运动,推力等于60N,推力与摩擦力是一对平衡力,大小相等,方向相反,所以摩擦力大小为60N,滑动摩擦力的大小与压力和接触面的粗糙程度有关,而与运动速度无关,则物体在0~12s所受摩擦力均为60N,如图所示:
(4)[4]由图丙可知,第2秒物体做加速运动,由图乙可知此时推力大小为90N,由(3)可知,摩擦力为60N不变,方向水平向左,则物体所受合力为
方向与推力方向相同,水平向右。
19.阅读短文,回答问题:
失重
在一次太空知识讲座中,老师让同学们做一个实验:用弹簧测力计竖直悬挂一个重物,分别使重物处于静止和匀速下降,再让其加速下降,同学们发现,重物在静止和匀速下降时,弹簧测力计的示数相同,就等于物体所受的重力;而加速下降时,却看到弹簧测力计的示数明显减小,好像物体的重力突然间减小了。老师解释说:“这在物理学上称为失重现象,失重就是物体对支持物的压力或悬挂物的拉力小于物体实际所受重力的现象。如当人们乘电梯加速下降时,人对电梯地面压力就小于人受到的重力”,小勇在老师指导下到电梯内做失重实验,如图甲,他将一个体重秤放在电梯水平地面上,然后站上秤台,如图乙所示,在电梯向下运动的过程中,他记录下体重秤在不同时间段的示数及对应的时间,描绘出了体重秤的示数随时间t的变化图像如图丙所示。已知小勇的实际质量为60kg(g取10N/kg)。
(1)电梯静止时,小勇对秤台的压力为 N。此时小勇受到的重力与 力是一对平衡力,所受合力为0(说明:若二力方向相同时,合力等于二力之和;若二力方向相反时,合力等于二力之差);
(2)若电梯在10s内下降的距离为18m,电梯这段运动时间内的平均速度 m/s;
(3)根据图丙分析,小勇在 (选填“0~t1”、“t1~t2”、“t2~10s”)段时间内处于失重状态,此时小勇所受支持力为 N;
(4)分析图丙可知,在t2~10s时间段内小勇对秤台的压力 他的重力(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)若下降中体重秤示数为零,即说明他对体重秤压力F为零,我们称这种现象为完全失重,如果物体所受合力的大小与物体质量关系为F合=ma,其中a称为加速度,单位为N/kg,F合=G-F,小勇完全失重时加速度a= N/kg。
【答案】 600 支持力 1.8 0~t1 450 大于 10
【解析】(1)[1][2]电梯静止时,小勇对秤台的压力
F=G=mg=60kg×10N/kg=600N
此时小勇受到的重力与支持力作用在同一物体上、大小相等、方向相反、作用在同一直线上,是一对平衡力。
(2)[3]电梯这段运动时间内的平均速度
(3)[4]失重并不是失去重量了,而是物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象;已知小勇的实际质量为60kg,由图像可知,在0~t1阶段,小勇的质量为45kg,则小勇对秤台的压力
F′=m′g=45kg×10N/kg=450N<G
此时处于失重状态。
[5]此时小勇所受支持力为450N。
(4)[6]根据图丙可知,在t2-10s时间段内,体重秤的示数大于他的实际质量60kg,小勇处于超重状态,他对秤台的压力大于他的重力。
(5)[7]完全失重时,他对体重秤的压力为0;此时他受到的合力
F合=G-F=G-0=G
根据
F合=G =ma
可知,小勇完全失重时加速度为
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