1、第5讲力的等效和替代目标定位1.知道力的作用效果、共点力、合力与分力的概念.2.理解合力与分力的“等效替代”关系，知道“等效替代”是一种重要的科学方法一、共点力1力的三要素：力的大小、方向和作用点2共点力：如果几个力都作用在物体的同一点上，或者几个力的作用线相交于同一点，这几个力就称为共点力二、力的等效和替代1如果一个力的作用效果与另外几个力的共同作用效果相同，那么这个力与另外几个力等效或可以相互替代，这个力称为另外几个力的合力，另外几个力称为这个力的分力2力的合成与分解(1)力的合成：求几个力合力的过程或求合力的方法，叫做力的合成(2)力的分解：求一个力的分力的过程或方法，叫做力的分解想一想
2、一个大人能够提起一桶水，两个小孩用力也可以提起这桶水那么大人用的力和两个小孩用的力有什么关系？哪个是合力？哪些是分力？答案效果相同，可以等效替代；大人的力是两个小孩作用力的合力，两个小孩的作用力是分力三、寻找等效力1实验方案(1)先将橡皮筋一端固定，将两个力F1、F2作用在另一端并使其伸长一定长度到达某一位置；再用另一个力F作用于橡皮筋的同一点，使其伸长相同的长度到达同一位置，那么，F与F1、F2的效果就相同(2)若记下F1、F2的大小和方向，画出各个力的图示，就可以研究F与F1、F2的关系了2探究结论：合力与分力可以相互替代，它们之间存在平行四边形的几何关系.一、共点力和力的等效替代1共点力
3、：几个力同时作用在同一点上或者它们的延长线交于一点有时物体受多个力作用，但是这些力不一定是共点力，比如：人挑扁担时，扁担受到的三个力不是共点力2力的等效替代：若一个力的作用效果与其他几个力的共同作用效果相同，则这一个力和其他几个力可以相互替代3对合力和分力的关系(1)等效性：合力与分力产生的效果相同，可以等效替代(2)同体性：各个分力是作用在同一物体上的作用在不同物体上的力不能求合力例1关于F1、F2及它们的合力F，下列说法中正确的是()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到的力D两力F1、F2与F是物体同时受到的三
4、个力答案AC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分力的等效替代，两力可以是不同性质的力，但合力与分力不能同时存在所以，选项A、C正确二、寻找等效力1实验步骤(1)将一根橡皮筋的一端固定在木架上，另一端与两根细绳相连(2)如图1所示，分别在细绳下悬挂等量的钩码，使橡皮筋与细绳的结点伸长至点O，将画有间隔相等同心圆的纸片置于橡皮筋与细绳的后面，其圆心与点O重合在纸的边缘记下两绳与纸边的交点C、D，同时记录两绳上悬挂钩码的数量图1(3)如图2所示，直接用一个弹簧测力计去拉细绳，同样使结点伸长至点O，记下弹簧测力计的读数以及细绳与纸边的交点J.图2(4)
5、取下纸片，连接OC、OD、OJ，用力的图示法作出三个力，如图3所示图3(5)改变钩码的数量，重复上述实验步骤(6)探究这三个力的大小及方向的关系(提示：可用虚线把合力的箭头与两个分力的箭头端连接，看看能否得到启示)2结论求两个力的合力时，可以用表示这两个力的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3注意事项(1)结点O同一次实验中橡皮筋拉长后的O点必须保持不变(2)拉力要保证橡皮筋、细绳位于与纸面平行的同一平面内两个分力F1、F2间的夹角不要太大或太小(3)作图在同一次实验中，选定的比例要相同；严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力例2在“寻找等效力
6、”实验中，部分实验步骤如下，请完成有关内容：A将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线B在其中一根细线末端挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图4甲所示，记录：_、_、_.C将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线末端挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使_，记录_、_.图4答案步骤B：钩码个数(或细线拉力)橡皮筋与细线结点的位置O细线的方向(说明：能反映细线方向的其他记录也可以)步骤C：橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点的位置O重合钩码个数(或细线拉力)对应的细线方向例3某同学用如图5甲所示的装置验
7、证力的平行四边形定则用一木板(图中未画出)竖直放在铁架台和轻弹簧所在平面后面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测力计拉力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；(4)已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F，得出结论：_.图5答案(2)方向11.40(3)如图所示(4)在实验误差允许范围内
8、F和F相等共点力和力的等效替代1将两个力F1和F2合成为一个力F，则下列说法中正确的是()AF是物体实际受到的力B物体同时受到F1、F2和F的作用CF1和F2可用F等效替代DF1、F2是物体实际受到的力答案CD解析合力与分力的作用效果相同，但合力不是物体实际受到的力，在分析物体受力时，不能将合成以后的力当作物体所受的力寻找等效力2在“寻找等效力”实验中，采用的科学方法是()A理想实验法 B等效替代法C控制变量法 D建立物理模型法答案B解析实验中，因为用两只弹簧测力计和一只弹簧测力计都把结点拉到同一点，即橡皮筋的伸长量相同，所以采用的科学方法是等效替代法，B正确3李明同学在做“寻找等效力”的实验
9、时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图6(a)所示图6(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力(2)有关此实验，下列叙述正确的是()A两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而保持橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可(3)如图(b)所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？(力F是用一只
10、弹簧测力计拉时的图示)_(4)在以上比较符合实验事实的一位同学的实验中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况)_.答案(1)如图所示 (2)AC(3)张华的实验符合实验事实(4)F1的方向比真实方向偏左；F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；作图时两虚线不分别与F1线和F2线平行(时间：60分钟)1在寻找等效力的实验时，先用两个弹簧测力计拉橡皮筋，再用一个弹簧测力计拉橡皮筋，两次须使橡皮筋的结点达到同一位置，这样做是为了()A便于测量力的大小B使两个分力和它的合力产生相同的效果C使两个分力和它的合力有相同的作用点D便于画出分力与合力的方向答案BC解析两次使橡皮筋沿同一方向伸长相同的长
11、度，表明第一次对橡皮筋所加的两个力与第二次对橡皮筋所加的一个力是等效力，其次，本实验是共点的两个力的合成，所以拉到同一位置也满足了共点的条件，故选B、C.2在“寻找等效力”的实验时，要使每次合力与分力产生相同的效果，必须()A每次将橡皮筋拉到同样的位置B每次把橡皮筋拉直C每次准确读出弹簧测力计的示数D每次记准细绳的方向答案A解析要使每次合力与分力产生相同的效果，必须每次将橡皮筋拉到同样的位置，A正确3图1甲为“寻找等效力”的实验装置图1(1)下列说法中正确的是_A在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮筋结点O的位置不能变化B用弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下CF1、F2和合力
12、F的大小都不能超过弹簧测力计的量程D为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90(2)弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为_N.答案(1)AC(2)4.004在“寻找等效力”的实验中，先将橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳实验时，需要两次拉伸橡皮筋，一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮筋，另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮筋同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是_(填字母代号)A两细绳必须等长B弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平行C用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大D拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一
13、细绳方向的两点要远些答案BD解析B做法能保证分力与合力在同一平面内，减小了作图误差；D做法能保证分力的方向测量更准确，减少了测量误差实验时两细绳不必等长，两弹簧测力计的示数也不要求相差较大，所以B、D正确5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5 N、最小刻度为0.1 N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2甲所示这时弹簧测力计的读数可从图中读出图2(1)由图甲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0.1 N)(2)在图乙方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力答案(1)2.54
14、.0(2)见解析图解析(1)弹簧测力计的读数分别是2.5 N,4.0 N.(2)如图所示根据测量结果，每小格代表0.5 N，将保证力的图示较准确，若每小格代表1 N，则2.5 N的力表达上容易造成误差，在确定合力大小时，更容易造成较大误差力的图示应有刻度、箭头6如图3甲所示，在竖直平面内，将小圆环挂在橡皮筋的下端，橡皮筋长度为GE.用两根弹簧测力计拉动小圆环到O点，小圆环受到作用力F1、F2和橡皮筋的拉力F0，如图乙所示图3(1)如图乙，此时要记录下拉力F1、F2的大小，并在白纸上记下_，以及O点的位置；(2)实验中，不必要的是()A选用轻质小圆环B弹簧测力计在使用前应校零C撤去F1、F2，改
15、用一个力拉住小圆环，仍使它处于O点D用两根弹簧测力计拉动小圆环时，要保持两弹簧测力计相互垂直(3)图丙中F是用一个弹簧测力计拉小圆环时，在白纸上根据实验结果画出的图示F与F中，方向一定沿GO方向的是_答案(1)两个力的方向(2)D(3)F解析(1)力是矢量，既有大小，又有方向，因此除了需要记录拉力F1、F2的大小，还要记录这两个力的方向；(2)本实验的目的是寻找等效力，因此应为任意情况下的两个力与合力关系，D错误；选用轻质小圆环是为了减小水平方向偏移的误差，合力与分力之间是等效替代的关系，撤去F1、F2，改用一个力拉小圆环，仍使它处于O点，以确保等效，弹簧测力计在使用前校零是为了使力的大小读数
16、准确，A、B、C是必要的；(3)当用一个弹簧测力计拉小圆环时，因圆环为轻质小圆环，故弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力平衡，其方向一定与橡皮筋的拉力方向相反，即一定沿GO方向的是F.7如图4所示，是该同学完成“寻找等效力”实验操作后得到的数据图，请选好比例在方框中作图完成该同学未完成的实验数据处理图4答案实验数据处理如图所示解析作图时要以O点为起点作F1、F2、F的图示，且要按同一比例；要用三角板和刻度尺规范地作出平行四边形8某同学用如图5所示的实验装置来 “寻找等效力”弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端使结点O静止在某位置分别读出弹簧测力
17、计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向图5(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中的示数为_N.(2)下列的一些做法中，哪些是该实验中必须的实验要求_(请填写选项前对应的字母)A实验中必须保证OB水平B应测量重物M所受的重力C拉线方向应与木板平面平行D改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置E改变拉力，进行多次实验，每次都要使AO与OB的夹角不变(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你提出两个解决办法_；_.答案(1)3.60(2)BC(3)将A换成较大量程的弹簧测力计减小重物M的质量解析(1)弹簧测力计的最小刻度是0.2 N，读出弹簧测力计示数为3.60 N.(2)实验时对力的方向没有具体要求，所以OB不一定要沿水平方向，A错误；重物的重力是合力，需要知道合力的大小和方向，所以应测量重物的重力，B正确；拉线的方向应与木板平面平行，投影到板上的力的方向误差小，C正确；改变拉力后，进行多次实验，只需要每次都记下结点O的位置即可，D错误；改变拉力后进行多次实验，对 AO与OB的夹角不要太大，也不能太小，夹角可以变化，E错误(3)弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，可以采用的措施是：将A换成较大量程的弹簧测力计；减小两弹簧测力计拉力间的夹角；减小重物M的质量