实验五 用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系-高中物理必修第一册实验指导(通用版)

实验五 实验五 用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系 实验目标 利用弹簧测力计定量探究作用力与反作用力的关系。 基础知识 1.作用力和反作用力 (1)两个物体间 的这一对力，叫作 (2)力是物体对物体的作用，只要谈到力，就一定有 物体和 物体。 (3)作用力和反作用力是相对的，其中一个力是作用力，另一个力就 是 (4)人走路时受到三个力的作用，即 地面的 和地面对人的 ,力 的作用总是 ,这三个力的反作用力分别是人对地球的吸引力、人对地面的压力和 人对地面的摩擦力，所以人走路时与地球之间有三对作用力和反作用力。 2.力的作用是相互的 实例分析 说明 苹果受重力作用落向地面的同 重力 时，地球也受苹果的作用力 ①研究对象为 物体的 吊环给运动员向上的弹力的同 同时也为 物体 弹力 时，运动员也给吊环向下的力 ②受到的力与反作用的力同时 板擦对黑板产生摩擦力的同时， 存在 摩擦力 黑板对板擦也产生摩擦力 结论：两个物体间的作用力是 施力物体同时也一定是 【实验材料】 弹簧测力计两个 41 普通高中学生实验指导·物理·必修第一册（通用版） 实验过程 1.实验步骤 F (1)把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉弹簧测力计A。 可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动。这时弹簧测力计B受到A的拉力为 FA,弹簧测力计A则受到B的拉力为FB。 (2)重复上述实验步骤，将数据记录在下表中。 实验序号 弹簧测力计A的示数FA/N 弹簧测力计B的示数FB/N 1 2 3 2.实验注意事项 (1)弹簧测力计保持水平。 (2)弹簧测力计使用前观察指针是否与“0”刻度线对齐。 反思总结 1.牛顿第三定律 (1)内容：两个物体间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同 一条直线上。 (2)表达式： 理解：定义中的“总是”说明定律对于任何物体，在任何运动状态下均成立，且 作用力与反作用力同时产生、变化及消失。 2.一对平衡力和一对相互作用力的异同 对象 一对平衡力 一对相互作用力 关系 大小 相等 相 方向 相反 点 是否共线 共线 实验五 续表 对象 一对平衡力 一对相互作用力 关系 作用对象 作用在同一物体上 作用效果 相互抵消 点 作用时间 不一定具有同时性 力的性质 性质不一定相同 典型例题 例1关于作用力和反作用力的关系，下列说法中正确的是 A.同时产生，同时消失 B.大小相等，方向相反，合力为零 C.作用在同一物体上，性质相同 D.先有作用力，后有反作用力 【解析】作用力和反作用力没有先后之分，它们同时产生，同时变化，同时消失， 故选项A正确，选项D错误；作用力与反作用力大小相等，方向相反，但是二力不 是作用在同一个物体上的，不能求合力，故选项B、C错误。 【答案】A 例2如图所示是利用计算机记录的卫星发射时火箭和卫星之间的作用力和 反作用力的变化图线，根据图线可以得出的结论是 () A.作用力大时，反作用力小 B.作用力和反作用力的方向总是相反的 C.作用力和反作用力是作用在同一个物体上的 D.牛顿第三定律在物体处于非平衡状态时不再适用 【解析】图像中的两条图线对应的纵坐标大小相等、一正一负，故选项A错误， 选项B正确；作用力与反作用力分别作用在两个相互作用的物体上，选项C错误； 在任何情况下，两物体之间的作用力和反作用力都遵守牛顿第三定律，选项D 错误。 【答案】B 43 普通高中学生实验指导·物理·必修第一册（通用版） 巩固提升 1.作用力与反作用力的关系是 A.先有作用力后有反作用力 B.作用力和反作用力的大小与运动状态有关 C.作用力和反作用力的大小与两个物体的质量有关 D.作用力和反作用力是性质相同的力 2.(多选)跳高运动员从地面跳起，下列说法中正确的是 ( A.运动员对地面的压力等于运动员受到的重力 B.地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力 C.地面对运动员的支持力大于运动员受到的重力 D.地面对运动员的支持力的大小等于运动员对地面的压力的大小 3.利用如图所示的器材探究作用力与反作用力的关系。A、B两个弹簧测力计连接 在一起，B的一端固定，用手拉弹簧测力计A,可以看到两个弹簧测力计的指针同 时移动。设弹簧测力计A受到B的拉力为F,弹簧测力计B受到A的拉力为 F,则实验观察到F与F的大小关系是 () B F F。 A.F>F B.F<F C.F增大时，F增大 D.F增大时，F减小 4.物块1、2放在光滑平面上并用轻质弹簧测力计相连，如图所示，今对物块1、2分 别施以方向相反的水平力F1、F2,且F大于F2,则弹簧测力计的示数 () A.一定等于F1十F2 B.一定等于F1一F2 方易别 C.一定大于F2,小于F D.条件不足，无法确定 5.为探究作用力和反作用力的关系，阿芳同学将两个力传感器接在数据采集器上； 她将两个力传感器的挂钩钩在一起，向相反的方向以不同大小的力对拉（如图甲 所示)，在数据采集器的显示屏上观察到这对拉力随时间变化的曲线如图乙所 示。通过以上实验，你得出的结论是 144 实验五 阿芳同学还做了另一个实验：将一个力传感器固定在滑块上，另一个力传感 器钩住它向右变速拉滑块（如图丙所示），观察到这对拉力随时间变化的曲线如 图丁所示。通过这个实验，你能得出的结论是 F/N F/N 甲 乙 丙 丁 6.某同学设计了如图所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘 和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数4。滑块和托盘上分别放有若 干砝码，滑块质量为M,滑块上砝码总重量为'，托盘和盘中砝码的总质量为 m。实验中，滑块在水平轨道上从A到B做初速度为零的匀加速直线运动，重力 加速度g取10m/s2。 8888 4久 的m (1)为测量滑块的加速度a,需测出它在A、B间运动的 与 ,计算a的运动学公式是 (1+u)g (2)根据牛顿运动定律得到a与m的关系为a一M十(7mm一g,该同学想 通过多次改变m,测出相应的a值，并利用上式来计算4。若要求a是m的一次 函数，必须使上式中的 保持不变，实验中应将从托盘中取出的砝码置 于 (3)实验得到a与m的关系如图所示，由此可知u= (结果保留两位有效 数字)。 a/m·s-) 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.1 60616263646566676869m/(×10-3kg 45 普通高中学生实验指导·物理·必修第一册（通用版） 相关阅读 动物的“力学头脑”—反冲 1492年，意大利航海家哥伦布奉西班牙国王之命，携带致各国皇帝的国 书，率船3艘、水手87名，从巴罗斯港（今塞维利亚）出航，横渡大西洋，到达巴 哈马群岛和古巴、海地等岛。后又三次西航到达牙买加及中美、南美洲大陆沿 岸地带。 哥伦布环球旅行时，发现蝴蝶能横渡大洋，从欧洲飞往美洲，飞行速度可高 达50多千米/时。 蝴蝶为什么有这么高超的本领呢？这一直是个难解的谜。 这个谜，多年后才被生物力学家揭开。原来，蝴蝶飞行时，能巧妙地利用翅 膀的配合，构成一个绝妙的“喷气发动机”：前翅形成吸气管，后翅则形成一个喷 管。这样，蝴蝶便不用费多大劲，只借助这股小小的“喷气流”所获得的反推力， 就可以顺利地完成洲际旅行。 其实，还有不少动物同样也有着“力学头脑”。 乌贼遇到敌害时，会施放烟幕弹，喷出墨汁一样的液体，掩护自己逃跑。生 物力学家观察研究发现，乌贼喷墨还有加速的作用，它把墨汁喷出体外，获得海 水的反推力，从而使自己加速向前游去。水母、海参等软体动物也都有类似的 本领。 丑陋的蜘蛛和令人讨厌的跳蚤，都可以称得上动物界的“弹跳大王”。它们 靠什么力量起跳呢？原来，蜘蛛大腿里有一种液体与周围组织构成了一个“液 压机”，大腿“充液”时，很快由软变硬，蜘蛛依靠这种爆发力一跃而起。跳蚤的 弹跳原理与蜘蛛相仿。它的第三对后腿内部有一种蛋白质，起跳时，蛋白质周 围的肌肉开始急剧收缩，然后又突然放松，使蛋白质的体积骤然膨胀，从而把自 己“发射”出去。 科学家从蜘蛛的“液压腿”得到启发，研制出一种很有价值的“飞行机”。有 些科学家正在把跳蚤的弹跳原理和飞机的起飞技术结合起来，以实现飞机更安 全和高效的起飞。 6参考答案 (2)据P=红得劲度系数k=-,由图线可知，该弹资伸长量AL=25m-15cm三 10m时.弹方△F-50N,所以-荒-09o7NVm=500NVm 11.(1)100(2)(100x-2)N(3)见解析 解析：(1)当拉力为8N时，弹簧的形变量为x1=10cm=0.1m;当拉力为0时，弹簧的形变 量为x2=2cm=0.02m。由胡克定律F=kx得，图线的斜率即为弹簧的劲度系数，k= △F=100N/m。 △x (2)设外力F与弹簧的形变量x的关系式为F=kx十b,当拉力为0时，弹簧的形变量x 2cm=0.02m,代入关系式可得b=一2N,所以外力F与形变量x的关系式为F=(100x一 2)N. (3)由于题中测量的弹簧原长是弹簧水平放置时的长度，而竖直悬挂时弹簧的自身重力会引 起弹簧的额外伸长，故图线不过坐标原点。 12.(1)如图所示 m/g 2.5 2.0 1.5 1.0 88 0. 8.010.012.014.016.018.0l/cm (2)0.259(0.2480.262均对) 解析：(1)如答案图所示。 (2)根据图像的斜率可以求得弹簧的劲度系数。由题意得 △mg=b△，则k=△”g 2.75×10-3 △78=(19.0-8.6)X10X9.8NWm≈0.259NWm(在0.248~0.262N/m均 正确)。 13.(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量（或对应的弹簧长度） (3)200弹簧自身存在重力(4)CBDAEFG 解析：(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量。 (2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对 应的伸长量（或对应的弹簧长度）。 (3)取图像中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代人△F=k△x可得k=200N/m,由于弹簧自身的 重力，使得弹簧不加外力时就有形变量。 (4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。 实验五用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系 基础知识 1.(1)相互作用作用力和反作用力(2)受力施力(3)反作用力(4)重力支持力摩 擦力相互的 2.受力施力相互的受力物体 普通高中学生实验指导·物理·必修第一册（通用版） 反思总结 1.F=-F 2.作用在两个物体上不能抵消具有同时性性质相同 巩固提升 1.D解析：作用力与反作用力总是同时产生，同时变化，同时消失，与运动状态无关，故选项 A、B错误；由牛顿第三定律可知，作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线 上，大小与两个物体的质量无关，故选项C错误；作用力与反作用力总是大小相等，方向相 反，作用在同一条直线上，性质相同，故选项D正确。 2.CD解析：跳高运动员要从地面跳起，必须具有竖直向上的加速度，根据牛顿第二定律可知 运动员必定受到向上的合外力。运动员在地面上时，受到本身的重力和地面对他的支持力的 作用，因为合外力向上，则地面对运动员的支持力必定大于运动员的重力；地面对运动员的支 持力与运动员对地面的压力是一对作用力与反作用力，必定大小相等、方向相反。根据以上 分析可知选项C、D正确。 3.C解析：根据实验得出的牛顿第三定律的特点可知，两个物体之间的作用力和反作用力总 是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。则实验观察到F与F'的大小关系是F增大 时，F增大。故选项A、B、D错误，选项C正确。 4.C解析：弹簧测力计的示数等于弹簧所受弹力的大小，设为F,对物块1，由牛顿第二定律得 F1-F=ma>0,所以F1>F。同理对物块2可得F-F2=ma>0,所以F>F2,由牛顿第三 定律可知弹簧测力计对物块的拉力和物块对弹簧测力计的拉力大小相等，故选项C正确。 5,作用力和反作用力总是大小相等，方向相反运动的物体间的作用力和反作用力也是大小相 等，方向相反 解析：观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，可以看出作用力与反作用力 一定大小相等，方向相反，作用力与反作用力大小一定同时变化。将一个力传感器固定在滑 块上，另一个力传感器钩住它向右变速拉滑块，通过这个实验，得出的结论是运动的物体间的 作用力和反作用力也是大小相等，方向相反。 6.(1)位移。时间ta= (2)m+m滑块上(3)0.23(0.21~0.25)（提示：从图线上取 两端点的坐标，代入a=km一g,可解得a) 实验六探究两个互成角度的力的合成规律 基础知识 1.相同合力分力 2.等效替代 3.对角线 4.作用效果相同形变运动状态相等相同 78