内容正文:
1.(合力与分力的关系)(多选)已知两个分力
的大小为F1、F2,它们的合力大小为F,下
列说法中不正确的有 ( )
A.不可能出现F<F1 同时F<F2 的情况
B.不可能出现F>F1 同时F>F2 的情况
C.不可能出现F<F1+F2 的情况
D.不可能出现F>F1+F2 的情况
2.(力的合成)两个力F1 和F2 间的夹角为θ,
两力的合力为F,以下说法正确的是( )
A.若F1 和F2 大小不变,θ角越小,合力F
就越大
B.合力F总比分力F1 和F2 中任何一个力
都大
C.如果夹角θ不变,F1 大小不变,只要F2
增大,合力F就必然增大
D.若合力F 不变,θ角越大,分力F1 和F2
就越大
3.(力的分解)如图所示,把光滑
斜面上的物体所受重力mg分
解为F1、F2 两个力.图中 FN
为斜面对物体的支持力,则下列说法正确
的是 ( )
A.F1 是斜面作用在物体上使物体下滑的力
B.物 体 受 到 mg、FN、F1、F2 共 四 个 力 的
作用
C.F2 是物体对斜面的压力
D.力 FN、F1、F2 这三个力的作用效果与
mg、FN 这两个力的作用效果相同
4.(力的效果分解法)如图
所示,AB、AC 两光滑斜
面互相垂直,AC 与水平
面成30°.如把球O 的重力按照其作用效果
分解,则两个分力的大小分别为 ( )
A.12G
,3
2G B.
3
3G
,3G
C.23G
,2
2G D.
2
2G
,3
2G
5.(合力大小范围确定)(1)大小分别是30N
和25N的两个力,同时作用在一个物体上,
对于合力F大小的估计最恰当的是 ( )
A.F=55N B.25N≤F≤30N
C.25N≤F≤55N D.5N≤F≤55N
(2)三个共点力 F1=5N、F2=8N、F3=
10N作用在同一个质点上,其合力大小范围
正确的是 ( )
A.0≤F≤23N B.3N≤F≤23N
C.7N≤F≤23N D.13N≤F≤23N
学习至此,请完成第三章第4节
实验:探究两个互成角度的力的合成规律
学习目标 核心素养
1.验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形
定则.
2.进一步练习作图法求两个共点力的合力.
69
物理必修第一册
[基础梳理]
1.实验原理
(1)合力F′的确定:把一端固定的同一根橡皮
条拉伸到某点,一次只用一个力 F′的作
用,另一次用两个共点力F1 与F2 的共同
作用,则F′为F1 和F2 的合力.
(2)合力理论值F 的确定:作出F1 和F2 的图
示,根据平行四边形定则利用作图法求得
合力F.
(3)平行四边形定则的验证:在实验误差允许
的范围内,比较F′和F 是否大小相等、方
向相同.
2.实验器材
方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、
细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若
干)、铅笔.
3.实验过程
(1)钉白纸:用图钉把白纸固定在水平桌面上
的方木板上.
(2)拴绳套:用图钉把橡皮条的一端固定在板
上的 A 点,橡皮条的另一端拴上两个细
绳套.
(3)两个力拉:①通过细绳
用两个弹簧秤互成角度
拉橡皮条,橡皮条伸长,
使结点伸长到O 点(如
图所示).
②用铅笔记下O 点的位置,画下两条细绳
的方向,并记下两个测力计的读数.
(4)一个力拉:①只用一个测力计,通过细绳把
橡皮条上的结点拉到同样的位置O.
②记下测力计的读数和细绳的方向.
(5)重复:改变F1和F2的夹角和大小,再做两次.
4.数据处理
(1)理论值:在白纸上按比例从O 点开始作出
两个弹簧测力计的拉力F1 和F2 的图示,
利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则
求出合力F.
(2)测量值:按同样的比例用刻
度尺从 O 点起作出一个弹
簧测力计拉橡皮条时拉力
F′的图示.
(3)相比较:比较F′与用平行四
边形定则求得的合力F 在
实验误差允许的范围内是否相等.
5.操作技巧及注意事项
(1)正确使用弹簧测力计
①弹簧测力计的选取方法:将两只弹簧测
力计调零后互钩水平对拉,若两只弹簧测
力计在对拉过程中,读数相同,则可选;若
读数不同,应另换,直至相同为止.
②弹簧测力计不能在超出它的测量范围的
情况下使用.
③使用前要检查指针是否在零刻度线上,
否则应校正零位.
④被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向
一致,拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦.
⑤读数时应正对、平视刻度.
(2)实验注意事项
①不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短
细绳连两细绳套,以三绳交点为结点,应使结
点小些,以便准确地记录结点O的位置.
②互成角度两个力的合力的变化,看橡皮
条结点O的位置变化,而在每次实验中橡
皮条结点的位置一定不能改变.
③经验得知两个分力F1、F2 间夹角θ越
大,用平行四边形作图得出的合力F 的误
差也越大,所以实验中不要把θ角取得太
大,一般以不大于90°为最佳.橡皮条、细
绳、测力计应在同一平面内,测力计的挂钩
应避免与纸面摩擦.
④拉橡皮条的细线要长些,标记每条细线方
向的方法是使视线通过细线垂直于纸面,在
细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位
置,并使这两个点的距离要尽量远些.
⑤作图要用尖铅笔,图的比例要尽量大些,
要用严格的几何方法作出平行四边形,图
旁要画出表示力的比例线段,且注明每个
力的大小和方向.
79
第三章 相互作用———力
实验原理与操作
[例1] “探究两个互成角度的力的合成规
律”的实验如图甲所示,其中A 为固定橡皮
条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB 和
OC 为细绳,图乙为白纸上根据实验要求画
出的图示.
(1)本实验中“等效替代”的含义是
.
A.橡皮条可以用细绳替代
B.左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右
侧弹簧测力计的作用效果
C.右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左
侧弹簧测力计的作用效果
D.两弹簧测力计共同作用的效果可以用一
个弹簧测力计的作用效果替代
(2)图乙中的F 与F′两力中,方向一定沿
AO方向的是 .
(3)下列措施中可减小实验误差的是
A.拉橡皮条的细绳细些且长度适当
B.拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳
应贴近木板且与木板面平行
C.记录弹簧测力计拉力方向时,标记同一
细绳方向的两点要远些
D.应使拉力F1 和F2 的夹角为90°
[尝试解答] (1)
(2)
(3)
◆[跟踪训练]
1.做“探究两个互成角度的力合成的规律”的
实验时:
(1)下 列 器 材 必 需 要 用 的 是
(多选).
(2)在做上述实验时,在水平放置的木板上
垫上一张白纸,把橡皮条的一端固定在板
上,另一端拴上两个细绳套,通过细绳用两
个互成角度的弹簧测力计拉橡皮条,使结点
移到某一位置O,此时需记下:①
;② ;
③ .然后用一个
弹簧测力计把橡皮条拉长,使结点到达
,再记下
.
(3)在某次实验中,某同学的实验结果如图
所示,其中A 为固定橡皮条的图钉,O 为橡
皮条与细绳结点的位置.图中 是力
F1 与F2 的合力的理论值; 是力F1
与F2 的合力的实验值.通过把F 和F′进行
比较,验证平行四边形定则.
数据处理
[例2] 在“探究两个互成角度的力的合成规
律”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮条、
细绳套和一个弹簧测力计.
(1)为完成实验,某同学另找来一根弹簧,测
量其劲度系数,得到的实验数据如表所示.
弹力F/N 050100150200250300350
伸长量x/(×10-2m)074180280372460558642
用作图法求得该弹簧的劲度系数k=
N/m.
(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如
图所示,其读数为 N;同时利用(1)
中结果获得弹簧上的弹力值为250N,请
画出这两个共点力的合力F合.
89
物理必修第一册
(3)由图得到F合= N.
[尝试解答] (1)
(2)
(3)
◆[跟踪训练]
2.将橡皮筋的一端固定在A 点,另一端拴上
两根细绳,两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,当橡
皮筋的活动端拉到O 点时,两根细绳相互
垂直,如图所示,这时弹簧测力计的读数可
从图中读出.
(1)由图中可读得两个相互垂直的拉力大小
分别是 N和 N.(只需读
到01N)
(2)在本题的方格纸上按作图法的要求画出
这两个力及它们的合力.
1.某同学用如图甲所示的装置“验证力的平行
四边形定则”.用一木板竖直放在铁架台和
轻弹簧所在平面后,其部分实验操作如下,
请完成下列相关内容:
(1)如图甲,在木板上记下悬挂两个钩码时
弹簧末端的位置O;
(2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下
端,用两弹簧测力计将轻弹簧末端拉到同一
位置O,记录细绳套AO、BO 的 及
两弹簧测力计相应的读数.图乙中B 弹簧
测力计的读数为 N;
(3)该同学在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、
FB 的大小和方向如图丙所示,请在图丙中
作出FA、FB 的合力F′.
2.“探究求合力的方法”的实验情况如图甲所
示,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,图乙是
在白纸上根据实验结果画出的图示.
(1)某次实验中,拉OC 细绳的弹簧秤指针
位置如甲图所示,其读数为 N;乙
图中的F 与F′两力中,方向一定沿AO 方
向的是 .
99
第三章 相互作用———力
(2)关于此实验,下列说法正确的是 .
A.与橡皮筋连接的细绳必须等长
B.用两只弹簧秤拉橡皮筋时,应使两弹簧
秤的拉力相等,以便算出合力的大小
C.用两只弹簧秤拉橡皮筋时,结点位置必
须与用一只弹簧秤拉时结点的位置重合
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳
方向的两点要短一些
3.“验证力的平行四边形定则”的实验情况如
图甲所示,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,
图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示.
(1)图乙中的F 与F′两力中,方向一定沿
AO方向的是力 .
(2)本实验采用的主要 科 学 方 法 是
.
A.理想实验法 B.等效替代法
C.控制变量法 D.建立物理模型法
(3)实验中可减小误差的措施是 .
A.两个分力F1、F2 的大小要越大越好
B.两个分力F1、F2 间的夹角应越大越好
C.拉橡皮筋时,弹簧测力计、橡皮筋、细绳
应贴近木板且与木板平面平行
D.A、O 间距离要适当,将橡皮筋拉至结点
O时,拉力要适当大些
4.以下是某实验小组探究“二力合成规律”的
过程.
(1)首先进行如下操作:
①如图甲,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,
另一端固定,橡皮条的长度为GE;
②如图乙,用手通过两个弹簧测力计共同拉
动小圆环.小圆环在拉力F1、F2 的共同作用
下,位于O点,橡皮条伸长的长度为EO;
③撤去F1、F2,改用一个力F单独拉住小圆
环,仍使其位于O点,如图丙.
同学们发现,力F 单独作用,与F1、F2 共同
作用的效果是一样的,都使小圆环保持静
止,由于两次橡皮条伸长的长度相同,即
,所以 F 等于F1、F2 的
合力.
(2)然后实验小组探究了合力F与分力F1、F2
的关系:
①由纸上O 点出发,用力的图示法画出拉
力F1、F2 和F(三个力的方向沿各自拉线的
方向,三个力大小由弹簧测力计读出);
②用虚线将拉力F 的箭头端分别与F1、F2
的箭头端连接,如图丁,得到的启示是
;
③多次改变拉力F1、F2 的大小和方向,重做
上述实验,通过画各力的图示,进一步检验
所围成的图形.实验小组发现:在两个力合
成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作
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,这个规律叫做
,上述实验中,如果把图乙和图
丙的操作顺序对调,即先用拉力F 将圆环
拉到O 点,再用拉力F1 和F2 共同拉圆环
产生相同效果,则F1 和F2 就是F 的
,此实验可以探究 规律.
001
物理必修第一册
[答案] 见解析
跟踪训练
3.A [按力的作用效果分解如图(1)(2)(3)(4)所示,故
选 A.]
探究4
探究导引
提示:(1)物块受到重力、支持力、摩擦力以及拉力四个
力的作用.用平行四边形定则求合力的话,会很烦琐.
(2)建立坐标系时,应使尽可能多的力与坐标轴重合.
[例4] [解析] 本题若连续运用平行四边形定则求解,
需解多个斜 三 角 形,一 次 又 一 次 确 定 合 力 的 大 小 和 方
向,计算过程十分复杂.为此,可采用力的正交分解法求
解此题.
如图甲建立 直 角 坐 标 系,把 各 个 力 分 解 到 两 个 坐 标 轴
上,并求出x轴和y 轴上的合力Fx 和Fy,有
Fx=F1+F2cos37°-F3cos37°=27N
Fy=F2sin37°+F3sin37°-F4=27N
因此,如图乙所示,合力
F= F2x+F2y≈27 2N tanφ=
Fy
Fx
=1
即合力的大小为27 2N,方向与F1 夹角为45°斜向上.
[答案] 合力的大小为27 2N,方向与F1 夹角为45°
斜向上.
跟踪训练
4.ABD [将重力G 沿平行于斜面和垂直于斜面两个方向
正交分解如图所示,则 N=G2=Gcosθ,A 对;f=G1=
Gsinθ,B正确;重力G 大小等于N 与f 合力大小,G2=
N2+f2,D正确.]
课堂自测夯基础
1.ABC [如果F1 与F2 大小相等,方向相反,则其合力为
零,既小于F1 又小于F2,故 A 错误;如果F1、F2 同向,
则合力F=F1+F2,既大于F1 又大于F2,故 B错误;合
力F 的范围为|F1-F2|≤F≤F1+F2,因此,C错误,D
正确.]
2.A [若F1 和F2 的大小不变,θ角越小,根据平行四边
形定则知,合力变大,故 A 正确;合力可能比分力大,可
能比分力小,可能与分力相等,故B错误;若夹角θ不变,
F1 大小不变,F2 增大,若F2 与F1 反向,F1>F2,则合
力F 减小,故 C错误;根据力的合成法则,若合力F 不
变,θ角越大,分力F1 和F2 就可能越大,也可能一个不
变,另一个 变 大,也 可 能 一 个 变 小,另 一 个 变 大,故 D
错误.]
3.D [F1 是重力沿斜面向下的分力,其作用效果是使物
体沿斜面下滑,施力物体是地球,故选项 A 错误;物体受
到重力mg和支持力FN 两个力的作用,F1、F2 是重力的
分力,故选项B错误;F2 是重力沿垂直于斜面方向的分
力,其作用效果是使物体压斜面,F2 的大小等于物体对
斜面的压力,但二者的受力物体不同,F2 的受力物体是
物体本身,物体对斜面的压力的受力物体是斜面,故选
项 C错误;合力 的 作 用 效 果 与 分 力 共 同 作 用 的 效 果 相
同,故选项 D正确.]
4.A [对球所受重力进行分解,如图所示.由几何关系得
F1=Gsin60°=
3
2G
,F2=Gsin30°=
1
2G
,A正确.]
5.解析:(1)若两个分力的大小为F1 和F2,在它们的夹角
不确定的情况下,合力F 的大小范围为|F1-F2|≤F≤
F1+F2,所以5N≤F≤55N,D正确.
(2)先确定F1、F2 的合力范围:3N≤F12≤13N,当F12
取10N时,使其与F3 反向,则三力合力为0,当F12取13
N时,使其与F3 同向,则三力合力最大为23N,故0≤F
≤23N,A正确.
答案:(1)D (2)A
实验:探究两个互成角度的力的合成规律
合作探究攻重难
[例1] [解析] (1)本实验中“等效替代”的含义是两弹
簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作
用效果替代,故 D正确.
(2)题图乙中的F 是合力的理论值,而F′是合力的实际
值,两力中,方向一定沿AO 方向的是F′.
(3)拉橡皮条的细绳细些且长度适当,以便确定力的方
向,选项 A正确;拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳
应贴近木板且与木板面平行,选项 B正确;记录弹簧测
力计拉力方向时,标记同一细绳方向的两点要远些,这
样可减小记录方向时产生的误差,选项 C正确,拉力F1
和F2 的夹角不一定为90°,大小适当即可,选项 D错误.
[答案] (1)D (2)F′ (3)ABC
322
参考答案
跟踪训练
1.解析:(1)实验中要作平行四边形,故需要用刻度尺,要
通过弹簧测力计拉伸橡皮条来显示力的效果.
(2)实验中要记录橡皮条拉伸后O 点的位置、弹簧测力
计的读数及力的方向.
(3)本实验中合力的理论值是通过作平行四边形得出,
而合力的实验值则是通过用一个弹簧测力计拉橡皮条
使结点到达同一O 点而直接测得.
答案:(1)BC (2)①O点位置 ②细绳所指方向 ③相
应弹簧测力计读数 同一位置O 点 弹簧测力计读数
和细绳方向 (3)F F′
探究2
[例2] [解析] (1)根据表格数据描点,然后连成一条过
原点的直 线,如 图 所 示,直 线 的 斜 率 表 示 弹 簧 的 劲 度
系数,
k= 3.5
6.42×10-2
N/m≈55N/m.
(2)读出弹簧测力计的读数为210N(保留三位有效数
字);以O 为顶点,画出两 细 绳 套 的 方 向 就 是 两 拉 力 方
向,再确定并画好力的标度,画出两拉力的图示,以两拉
力为邻边作出平行四边形,画出平行四边形的对角线,
即合力F合 .
(3)用刻度尺量出合力的长度,根据确定的标度算出合
力的大小,即F合 =330N.
[答案] (1)55 (2)2.10 图见解析 (3)330
跟踪训练
2.(1)由图读出水平测力计示数为40 竖直测力计示数
为25
(2)作图如下图所示
课堂自测夯基础
1.(2)方向 1140 (3)如图所示
2.解析:(1)由图可知,甲图所示弹簧秤的最小分度为01
N,则读数为260N;F 是通过作图的方法得到合力的理
论值,而F′是通过一个弹簧秤沿AO 方向拉橡皮条,使
橡皮条伸长到O 点,使得一个弹簧秤的拉力与两个弹簧
秤的拉力效果相同,测量出的合力.故方向一定沿AO 方
向的是F′,由于误差的存在,F 和F′方向并不重合.
(2)与橡皮筋连接的细绳是为了确定细绳拉力的方向,
两绳的长度不一定相等,故 A 错误;用两只弹簧秤拉橡
皮筋时,只要使两弹簧秤拉力的合力与一只弹簧秤拉力
的效果相同就行,两弹簧秤的拉力不需要相等,故 B错
误;为了保证效果相同,两次拉橡皮筋时,需将橡皮筋结
点拉至同一位置,故 C正确;标记同一细绳方向的两点
要长一些,这 样 引 起 的 拉 力 方 向 的 误 差 会 小 些,故 D
错误.
答案:(1)260 F′ (2)C
3.解析:(1)用一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力的方向沿
AO 方向的为F,而F′是F1、F2 合力的理论值,与实际值
间存在误差,所以不一定沿AO 方向.
(2)本实验利用了一个力作用的效果与两个力共同作用
的效果相同即等效替代的科学方法.
(3)在本实验中两个分力F1、F2 的大小及两个分力F1、
F2 间夹角适 当 大 些 就 好,不 是 越 大 越 好,所 以 A、B 错
误;作图时,是在白纸中作图,作出的是水平力的图示,
若拉力倾斜,则作出的图中的力的方向与实际力的方向
有较大差别,故应使各力尽量与木板面平行,所以 C 正
确;力大些,测量误差减小,所以 D正确.
答案:(1)F (2)B (3)CD
4.解析:(1)橡 皮 条 对 小 圆 环 的 拉 力 相 同,即 相 同 的 作 用
效果.
(2)图丁,得到的启示是可能构成平行四边形.
表示这两个力的有向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,这个规律
叫做平行四边形定则.先用拉力F 将圆环拉到O 点,再
用拉力F1 和F2 共同拉圆环产生相同效果,则F1 和F2
就是F 的分力,此实验可以探究力的分解规律.
答案:(1)相同的作用效果
(2)可能构成平行四边形 平行四边形定则 分力 力
的分解
第5节
自主预习探新知
基础梳理
知识点1
静止 匀速直线运动 平衡状态
知识点2
合力为零
自我检测
1.(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×
422
物理必修第一册