金版教程物理2024导学案必修第一册人教版新第三章 相互作用-力牛顿第三定律含答案

《金版教程(物理）》2024导学案必修第一册(人教版新）第三章相互作用——力3．牛顿第三定律1．知道力的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念。2.理解牛顿第三定律，并会用其分析、解决简单问题。3.理解一对平衡力与一对作用力和反作用力的区别。4.能进行初步的受力分析。任务1作用力和反作用力我们知道力是物体对物体的作用。如图所示，旱冰场上，一个女孩推了一个男孩一下，为什么在男孩前进的同时，女孩会后退？提示：女孩推男孩，男孩受到女孩的推力而向前运动，女孩后退是因为她同时受到了男孩对她向后的推力。1．力的物质性：力是物体对eq\x(\s\up1(01))物体的作用。只要谈到力，就一定存在着eq\x(\s\up1(02))受力物体和eq\x(\s\up1(03))施力物体。2．力的相互性：力的作用是相互的。物体间相互作用的一对力通常叫作eq\x(\s\up1(04))作用力和eq\x(\s\up1(05))反作用力。3．作用力和反作用力总是互相依赖、eq\x(\s\up1(06))同时存在的。我们可以把其中任何一个力叫作eq\x(\s\up1(07))作用力，另一个力叫作eq\x(\s\up1(08))反作用力。判一判(1)物体间可能只有作用力，而没有反作用力。()(2)两个物体只有相互接触时才存在作用力和反作用力。()(3)物体间的作用力与反作用力一定同时产生、同时消失。()提示：(1)×(2)×(3)√任务2牛顿第三定律1．实验探究：如图所示，把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉测力计A，可以看到两个测力计的指针同时移动。这时测力计B受到A的拉力F，测力计A则受到B的拉力F′。从实验中可以发现，两个弹簧测力计的示数是始终相等的。改变拉力，两个弹簧测力计的示数也随之改变，但两个弹簧测力计的示数总是大小相等，弹力方向相反。2．牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小eq\x(\s\up1(01))相等，方向eq\x(\s\up1(02))相反，作用在eq\x(\s\up1(03))同一条直线上。3．应用举例(1)划船时，桨向后推水，水给桨一个反作用力，从而推动船前进。(2)汽车的发动机驱动车轮转动，由于轮胎和地面之间的摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个向eq\x(\s\up1(04))前的反作用力，使汽车前进。想一想鸡蛋碰石头，鸡蛋破了，而石头丝毫无损，说明石头对鸡蛋的作用力大，而鸡蛋对石头的作用力小。这一判断对吗？提示：不对。鸡蛋碰石头，鸡蛋对石头的力和石头对鸡蛋的力是一对作用力和反作用力，大小必然相等；鸡蛋破了，是因为鸡蛋壳能够承受的力小，易碎。1．牛顿第三定律的意义：定量地反映出物体间相互作用时彼此施力所遵循的规律，即作用力和反作用力的规律。2．作用力与反作用力的“四同”和“三异”作用力与反作用力的关系四同等大大小相等，不能认为只有物体处于平衡状态时作用力和反作用力才大小相等共线作用在同一条直线上同时同时产生、同时变化、同时消失，不能认为先有作用力后有反作用力同种类一定是同一种类的力，不同种类的力不可能有作用力和反作用力的关系三异反向方向相反不同体作用在不同的物体上不同效果在不同的物体上分别产生不同的作用效果，不能相互抵消例1(多选)在排球比赛中，运动员用手掌将排球奋力击出。关于排球与运动员手掌之间的作用力，下列说法正确的是()A．排球对运动员手掌的作用力大于运动员手掌对排球的作用力B．排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力大小相等C．排球对运动员手掌的作用力比运动员手掌对排球的作用力产生稍晚D．排球对运动员手掌的作用力和运动员手掌对排球的作用力同时消失[规范解答]排球对运动员手掌的作用力与运动员手掌对排球的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，同时产生、同时消失，B、D正确，A、C错误。[答案]BD正确理解牛顿第三定律中“总是”的含义“总是”是强调对于任何物体，在任何情况下，作用力和反作用力的关系都成立。(1)不管物体的大小、形状如何，任意两物体间作用力和反作用力总是大小相等、方向相反。(2)不管物体的运动状态如何，例如，静止的物体之间，运动的物体之间，静止与运动的物体之间，其作用力和反作用力总是大小相等、方向相反。(3)不管物体所受其他力的情况如何，作用力与反作用力总是大小相等、方向相反。(4)作用力和反作用力的产生、变化和消失总是同时的。[跟进训练]关于马拉车的下列说法正确的是()A．马拉车不动，是因为马拉车的力小于车拉马的力B．马拉车前进，是因为马拉车的力大于车拉马的力C．无论车如何运动，马拉车的力的大小总是等于车拉马的力D．只有当马拉车不动或马拉车匀速前进时，马拉车的力的大小才等于车拉马的力答案：C解析：马拉车时，不论车如何运动，马拉车的力与车拉马的力都是一对作用力和反作用力，二者总是大小相等，方向相反，故C正确，A、B、D错误。例2杂技是一种集技能、体能，且娱乐性很强的表演活动。如图所示为杂技“顶竿”表演，一人A站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人B以加速度a加速下滑时，人B受到竿的摩擦力大小为f，则竿对人A的压力大小是多少？(已知重力加速度为g)(1)竿对人A的压力无法求解，它等于哪个力？提示：人A对竿的支持力。(2)处于静止状态的竿受哪几个力？提示：竿受重力、人A的支持力、人B向下的摩擦力。[规范解答]根据牛顿第三定律可知，竿受到人B的摩擦力大小为f′＝f，方向竖直向下，设人A对竿的支持力为FN，竹竿受力平衡，可知FN＝Mg＋f′根据牛顿第三定律可知，竿对人A的压力大小为FN′＝FN联立可解得FN′＝Mg＋f。[答案]Mg＋f利用牛顿第三定律间接分析物体的受力情况求解某个力的大小和方向时，一般情况下选取该力的受力物体进行分析，但有些情况下不便于直接求解该力，可先通过转换研究对象(即选择受力较少、较明确的物体作为研究对象)，求解其反作用力的大小和方向，再应用牛顿第三定律求得该力的大小和方向。任务3作用力和反作用力与平衡力的比较一对相互平衡的力与一对作用力和反作用力1．一对相互平衡的力：大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，且作用在eq\x(\s\up1(01))同一物体上。2．一对作用力和反作用力：大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，且作用在eq\x(\s\up1(02))两个物体上。3．一对作用力和反作用力eq\x(\s\up1(03))一定是同一种类的力，而一对相互平衡的力则eq\x(\s\up1(04))不一定是同一种类的力。一对作用力和反作用力与一对平衡力的比较内容一对作用力和反作用力一对平衡力不同点作用对象作用在相互作用的两个物体上作用在同一物体上依赖关系相互依赖，同时存在，同时产生，同时变化，同时消失无依赖关系，撤除一个，另一个可依然存在叠加性两力的作用效果不可叠加，不可抵消两力的作用效果可相互抵消力的种类一定是同一种类的力不一定是同一种类的力相同点大小、方向大小相等、方向相反，作用在同一条直线上例3(2023·山东省济南市高一上期末学情检测)(多选)如图所示，当人用水平力推静止在水平地面上的柜子时，柜子没有被推动。下列说法正确的是()A．人对柜子的推力和地面对柜子的摩擦力是一对平衡力B．人对柜子的推力和地面对柜子的摩擦力是一对作用力与反作用力C．柜子对地面的摩擦力和地面对柜子的摩擦力是一对平衡力D．柜子对地面的压力和地面对柜子的支持力是一对作用力与反作用力一对平衡力涉及几个物体？一对作用力与反作用力涉及几个物体？提示：3个；2个。[规范解答]人用水平力推静止在水平地面上的柜子时，柜子没有被推动，处于平衡状态，在水平方向柜子受到人的推力和地面的摩擦力，则这两个力是一对平衡力，A正确，B错误；柜子对地面的摩擦力和地面对柜子的摩擦力，大小相等，方向相反，作用在相互作用的两个物体上，即柜子对地面的摩擦力和地面对柜子的摩擦力是一对作用力与反作用力，C错误；柜子对地面的压力和地面对柜子的支持力，大小相等，方向相反，作用在相互作用的两个物体上，即柜子对地面的压力和地面对柜子的支持力是一对作用力与反作用力，D正确。[答案]AD任务4物体受力的初步分析如图所示，一个木块静止在粗糙斜面上，以分析图中木块受力为例，应按怎样的顺序分析，才不至于遗漏力？提示：地球周围的物体都受重力，所以首先分析重力，木块受到竖直向下的重力；因为有挤压才可能有摩擦力，所以接着分析弹力，木块和斜面接触并挤压，所以木块受到垂直于斜面向上的弹力；假如木块和斜面间没有摩擦，木块就会下滑，所以木块受到沿斜面向上的静摩擦力。1．分析物体的受力，有两条思路。一是根据物体运动状态的变化来分析和判断其受力情况；二是根据eq\x(\s\up1(01))各种力的特点，从相互作用的角度来分析物体的受力。2．在高中物理的力学部分，我们遇到的力主要是eq\x(\s\up1(02))重力、eq\x(\s\up1(03))弹力和eq\x(\s\up1(04))摩擦力，且一般按eq\x(\s\up1(05))重力、eq\x(\s\up1(06))弹力和eq\x(\s\up1(07))摩擦力的顺序来分析物体的受力情况。3．分析物体的受力时，必须明确eq\x(\s\up1(08))是在分析哪个物体所受的力。4．在分析物体的受力情况时，不要把某个力的反作用力跟这个力的eq\x(\s\up1(09))平衡力混淆。判一判(1)受力分析的一般顺序是先分析摩擦力，再分析弹力，最后分析重力。()(2)通常可以用假设法判断弹力、摩擦力是否存在。()提示：(1)×(2)√1．受力分析确定所要研究的物体，分析物体受到哪些力，并将它们以示意图的形式表示出来，这一过程及方法叫受力分析。2．物体是否受某力的判断依据方法内容条件判定根据是否满足力的产生条件来判断物体是否受到某个力的作用效果判定根据力的作用效果来判断物体是否受到某个力的作用相互作用判定利用力的作用的相互性，即受力物体同时也是施力物体，来判断物体是否受到某个力的作用特殊法判定有些难以确定的力如弹力、摩擦力等，可以利用假设法、运动状态分析法等特殊方法来判断3.受力分析的步骤4．受力分析时需要注意的两个问题(1)只分析所受的力在进行受力分析时，一定要注意，我们分析的是物体“受到”的力，而不是物体对外施加的力。(2)只分析性质力进行受力分析时，只分析物体所受到的性质力，比如：重力、弹力、摩擦力等；不分析效果力，比如：动力、阻力、下滑力等。例4画出图中物体A所受力的示意图，并写出力的名称和施力物体：(1)物体A静止，接触面光滑；(2)A沿固定粗糙斜面上滑；(3)A沿粗糙水平面滑行；(4)接触面光滑，A静止。分析物体所受力的顺序是什么？提示：先分析重力，再分析弹力、摩擦力，最后分析其他力。[规范解答](1)物体A受重力G、推力F、地面的支持力FN、墙壁对A向左的弹力FN′，施力物体分别是地球、推A的物体、地面、墙壁。(2)物体A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力FN、沿斜面向下的滑动摩擦力Ff，施力物体分别是地球、斜面、斜面。(3)物体A受重力G、支持力FN、滑动摩擦力Ff，施力物体分别是地球、水平面、水平面。(4)物体A受重力G、拉力FT、弹力FN，施力物体分别是地球、绳子、墙壁。[答案]见规范解答如何防止“多力”或“丢力”(1)在分析各力的过程中，一定要找到它的施力物体，没有施力物体的力是不存在的，这样可以防止“多力”。(2)按正确的顺序(即一重二弹三摩擦四其他)进行受力分析是保证不“丢力”的有效措施。课后课时作业题号1234567难度★★★★★★★对应考点/知识点作用力与反作用力的理解、分析作用力与反作用力的理解、辨析牛顿第三定律的理解、应用牛顿第三定律的理解、应用牛顿第三定律的理解、应用一对相互作用力与一对平衡力的理解、辨别一对相互作用力与一对平衡力的理解、辨别题号891011121314难度★★★★★★★★★★★★★对应考点/知识点受力分析，一对相互作用力与一对平衡力的理解、辨别由力的产生条件分析受力探究作用力与反作用力的关系受力分析、牛顿第三定律的应用受力分析摩擦力、相互作用力、平衡力综合分析受力分析、牛顿第三定律的应用知识点一作用力和反作用力1．如图甲所示，一根轻质弹簧竖直悬挂在天花板上，下端悬挂一小球，小球和弹簧的受力如图乙所示，下列说法正确的是()A．F2的反作用力是F3B．F1的施力物体是弹簧C．F4的反作用力是F1D．F3的施力物体是弹簧答案：A解析：F2是弹簧拉小球的力，F3是小球拉弹簧的力，故F2和F3是弹簧与小球之间一对相互作用的力，即F2的反作用力是F3，故A正确；F1是小球所受的重力，施力物体是地球，故B错误；F4是天花板拉弹簧的力，反作用力是弹簧对天花板的拉力，故C错误；F3是小球拉弹簧的力，施力物体是小球，故D错误。2．关于物体间的作用力和反作用力，下列说法正确的是()A．只有相互接触的物体间才可能有作用力和反作用力B．作用力和反作用力可能是不同种类的力C．作用力和反作用力的效果不能抵消D．作用力和反作用力可以不同时产生答案：C解析：相互间隔的物体间也可能有作用力和反作用力，例如相距较近的磁铁和大头针间存在作用力和反作用力，A错误；作用力和反作用力一定是同一种类的力，B错误；作用力和反作用力作用在相互作用的两个物体上，效果不能抵消，C正确；作用力和反作用力互相依赖，所以总是同时产生，D错误。知识点二牛顿第三定律的理解3．(2024·甘肃省白银市高一下开学考试)在水平光滑的滑冰场上，有甲、乙两小孩分别坐在两块滑冰板上。甲连同其滑冰板的质量大于乙连同其滑冰板的质量，原来都处于静止状态。在甲猛推一下乙后，两人分别向相反方向滑动，则()A．甲和乙受到的推力大小相等B．甲受到的推力更大些C．乙受到的推力更大些D．乙受到的推力的作用时间更长答案：A解析：根据题意可知，甲和乙受到的推力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，同时存在，同时改变，同时消失，即甲和乙受到的推力的作用时间相等。故A正确，B、C、D错误。4．(2024·福建省宁德市高一上统考期末)如图所示，甲、乙两同学掰手腕，甲获胜。若甲对乙的力大小为F1，乙对甲的力大小为F2，则()A．F1先于F2产生B．F2先于F1产生C．F1>F2D．F1＝F2答案：D解析：甲对乙的力F1与乙对甲的力F2是一对相互作用力，总是大小相等，同时产生，同时消失，故A、B、C错误，D正确。5．(2024·云南省玉溪市高一上统考期末)(多选)如图所示，桌子静止在地面上，某同学用水平向右的力F推该桌子，下列说法正确的是()A．若桌子不动，地面对桌子的摩擦力大于FB．若桌子不动，地面对桌子的摩擦力大小为FC．若桌子向右做加速运动，人对桌子的作用力大于桌子对人的作用力D．若桌子向右做加速运动，人对桌子的作用力与桌子对人的作用力大小相等答案：BD解析：若桌子不动，地面对桌子的摩擦力与水平推力为一对平衡力，则两个力等大反向，即地面对桌子的摩擦力大小为F，故A错误，B正确；人对桌子的作用力与桌子对人的作用力为一对相互作用力，总是等大反向，与桌子的运动状态无关，故C错误，D正确。知识点三作用力和反作用力与平衡力的比较6．(2023·辽宁省朝阳市普通高中高一上期末)如图所示，学校门口水平地面上有石墩，某人用轻绳拴住石墩，用力拽住绳子，石墩不动。下列说法正确的是()A．石墩不动，是因为绳对石墩的作用力小于石墩对绳的作用力B．绳对石墩的作用力和石墩对绳的作用力是一对平衡力C．人对绳的作用力与绳对石墩的作用力是一对作用力与反作用力D．人对绳的作用力与绳对人的作用力大小相等，方向相反答案：D解析：绳对石墩的作用力和石墩对绳的作用力是一对作用力与反作用力，大小相等，A、B错误；人对绳的作用力与绳对人的作用力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律可知，两力大小相等，方向相反，C错误，D正确。7．有一种台灯，灯头与底座通过一根可调整弯曲程度的塑料细杆相连。如图所示，甲、乙为同一台灯放在水平桌面上细杆弯曲程度不同的两种状态，以下说法正确的是()A．甲状态台灯对桌面的压力比乙的大B．甲状态细杆对灯头的弹力比乙的大C．乙状态台灯受到的重力与桌面对台灯的支持力是一对相互作用力D．乙状态台灯对桌面的压力与桌面对台灯的支持力是一对相互作用力答案：D解析：甲、乙状态台灯的重力与桌面对台灯的支持力是一对平衡力，桌面对台灯的支持力与台灯对桌面的压力是一对相互作用力，故两状态台灯对桌面的压力大小都等于台灯的重力大小，所以A、C错误，D正确；甲、乙状态细杆对灯头的弹力均与灯头的重力平衡，故两者大小相等，B错误。8．(2023·吉林省吉林市普通高中高一上期末)如图所示，有趣的冰箱贴通过磁铁的磁力吸在冰箱上，可增添生活的乐趣，关于吸在冰箱上的某个冰箱贴受力情况，下列说法正确的是()A．冰箱贴受到三个力的作用B．冰箱贴对冰箱的磁力大于冰箱对冰箱贴的弹力C．冰箱贴对冰箱的磁力和冰箱贴对冰箱的弹力是一对平衡力D．冰箱贴对冰箱的磁力与冰箱对冰箱贴的弹力是一对相互作用力答案：C解析：冰箱贴受重力、摩擦力、磁力、弹力共四个力作用，A错误；冰箱贴对冰箱的磁力与冰箱对冰箱贴的磁力是一对相互作用力，大小相等，而由A项分析可知，冰箱对冰箱贴的磁力与弹力是一对平衡力，大小相等，所以，冰箱贴对冰箱的磁力与冰箱对冰箱贴的弹力大小相等，B、D错误；冰箱在水平方向只受冰箱贴的磁力与弹力而处于平衡状态，所以冰箱贴对冰箱的磁力和冰箱贴对冰箱的弹力是一对平衡力，C正确。知识点四受力分析9．如图所示，质量为m的物体靠着竖直墙面由静止释放。它沿粗糙墙面下落过程中，不计空气阻力，重力加速度为g，则物体的受力示意图正确的是()答案：A解析：物体在下落过程中，墙面和物体之间没有挤压，墙壁无形变产生，故物体与墙面间没有弹力作用，则由摩擦力的产生条件可知，物体不受墙面的摩擦力作用，即物体只受重力作用，故A正确，B、C、D错误。10．某同学用传感器探究作用力与反作用力的关系。实验时他把两个力传感器同时连接在计算机上，其中一个系在墙上，另一个握在手中，如图甲所示。如图乙是他记录的两个物体间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．作用力和反作用力的方向总是相反的B．作用力和反作用力有时相等，有时不相等C．作用力的变化和反作用力的变化有一定的时间差D．图中的两个力是一对平衡力答案：A解析：由题意可知，图中的两个力是一对作用力和反作用力，D错误；根据题图乙可以得出的结论是：作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，且同时变化，B、C错误，A正确。11．(多选)通常河水边的湿地是很松软的，人在这些湿地上行走时容易下陷。在人开始下陷时()A．人对湿地地面的压力大于湿地地面对他的支持力B．人对湿地地面的压力与湿地地面对他的支持力大小相等C．人的重力大于湿地地面对他的支持力D．人的重力与湿地地面对他的支持力大小相等答案：BC解析：人对湿地地面的压力和湿地地面对人的支持力是一对作用力和反作用力，故二力大小一定相等，故A错误，B正确；对人受力分析，受重力和支持力，人开始下陷时，重力大于支持力，故C正确，D错误。12．如图所示，甲、乙两人分别乘坐两种电动扶梯，此时两扶梯均匀速向上运动，则()A．甲受到三个力的作用B．甲对扶梯有摩擦力的作用C．乙受到三个力的作用D．乙受到的摩擦力方向沿扶梯向下答案：C解析：甲处于匀速直线运动状态，受力平衡，竖直方向受到重力和电梯的支持力，假设受电梯的摩擦力，方向沿水平方向，则人无法保持平衡状态，所以假设错误，甲不受摩擦力作用，则甲对扶梯也没有摩擦力作用，故A、B错误；由力的产生条件可知，乙受到重力G、垂直扶梯向上的支持力FN，在二力的作用下，乙相对于扶梯有沿扶梯向下运动的趋势，则其受到的静摩擦力方向沿扶梯向上，如图所示，故C正确，D错误。13．(2024·广东省深圳市高一上统考期末)如图所示，甲、乙两位同学分别站在轻质薄板a、b上在“草地”上进行“拔河”游戏。薄板a、b与“草地”间的动摩擦因数均相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，甲、乙双方各自缓慢向两侧拖拉。若甲的质量大于乙的质量，则在“拔河”过程中，下列判断正确的是()A．薄板a和“草地”间的摩擦力较大B．薄板b和“草地”间的摩擦力较大C．薄板a和“草地”间不会有相对滑动D．甲、乙“拔河”的力属于作用力与反作用力答案：C解析：因甲的质量大于乙的质量，且薄板a、b与“草地”间的动摩擦因数均相同，由fm＝μFN＝μmg可知，薄板a与“草地”间的最大静摩擦力fam大于薄板b与“草地”间的最大静摩擦力fbm；甲、乙双方各自缓慢向两侧拖拉时，当绳子的拉力F满足fbm<F<fam时，薄板b与“草地”间产生相对滑动，薄板a和“草地”间相对静止，此时绳子的拉力等于薄板b与“草地”间的滑动摩擦力，也等于薄板a与“草地”间的静摩擦力，即薄板b和薄板a与“草地”间的摩擦力大小相等，A、B错误，C正确；甲、乙“拔河”的力同时作用在绳上，不属于作用力与反作用力，故D错误。14．建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料。质量为70.0kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以2m/s的速度匀速拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(g取10m/s2)()A．200N B．500NC．700N D．900N答案：B解析：以建筑材料为研究对象，由平衡条件可得，工人对绳子的拉力大小F＝mg＝20.0kg×10N/kg＝200N，由牛顿第三定律知，绳子对工人的拉力大小F′＝F＝200N，对工人进行受力分析，由平衡条件有FN＋F′＝m人g，可解得FN＝m人g－F′＝70.0kg×10N/kg－200N＝500N，由牛顿第三定律得知，工人对地面的压力大小为FN′＝FN＝500N，故B正确，A、C、D错误。4．力的合成和分解第1课时合力和分力实验：探究两个互成角度的力的合成规律1．知道什么是共点力。2.知道合力和分力的概念，能从力的作用效果上理解合力和分力，体会等效替代的物理思想。3.知道什么是力的合成、力的分解。4.探究两个互成角度的力的合成规律。任务1共点力、合力和分力如图所示，两个孩子共同提起一桶水，使水桶保持静止；一个成年人提起同样的一桶水并使之保持静止。那么这两个孩子对水桶的作用效果与这个成年人对水桶的作用效果相同吗？这两个孩子对水桶的作用力F1、F2能否用这个成年人的作用力F来代替？提示：都是把同样的一桶水提起并使之保持静止，作用效果相同。F1、F2共同作用的效果与F单独作用的效果相同，F与F1、F2是一种等效关系，可以等效替代。一、共点力、合力和分力1．共点力：几个力如果都作用在物体的eq\x(\s\up1(01))同一点，或者它们的eq\x(\s\up1(02))作用线相交于一点，这几个力叫作共点力。2．合力：假设一个力单独作用的eq\x(\s\up1(03))效果跟某几个力共同作用的eq\x(\s\up1(04))效果相同，这个力就叫作那几个力的合力。3．分力：假设几个力共同作用的eq\x(\s\up1(05))效果跟某个力单独作用的eq\x(\s\up1(06))效果相同，这几个力就叫作那个力的分力。思考：受力分析时合力和分力都要分析吗？提示：合力和分力是一种等效替代的关系，受力分析时只能分析其中一种。二、力的合成和分解在物理学中，我们把求几个力的合力的过程叫作eq\x(\s\up1(01))力的合成，把求一个力的分力的过程叫作eq\x(\s\up1(02))力的分解。微点拨：合力与分力是作用效果上的一种等效替代关系：力的合成的实质是用一个力去替代作用在同一物体上的几个已知的力，而不改变其作用效果。力的分解则是由共同作用效果相同的几个力代替已知的那个力。判一判(1)共点力必然作用在物体的同一点。()(2)合力与分力同时作用在一个物体上。()提示：(1)×(2)×合力和分力的关系例1(多选)关于力F1、F2及它们的合力F，下列说法正确的是()A．F单独作用产生的效果一定与F1、F2共同作用产生的效果相同B．F1、F2一定是同种性质的力C．F1、F2一定是同一个物体受到的力D．F1、F2与F可以是物体同时受到的三个力(1)合力与分力的关系是什么？提示：等效替代的关系。(2)两分力的性质一定相同吗？提示：不一定。[规范解答]两个分力共同作用的效果与其合力的作用效果一定是相同的，合力可以等效替代两个分力，A正确；F1、F2可以是同种性质的力，也可以是不同性质的力，B错误；F1、F2一定是同一个物体受到的力，作用在两个物体上的力是不能合成的，C正确；F的作用效果与F1、F2共同作用的效果相同，但是F1、F2与合力F不是物体同时受到的三个力，D错误。[答案]AC合力的作用效果与它的分力共同作用的效果相同，但不能理解为物体在受到这些分力作用的同时，还受到合力的作用。在力的合成中，分力是实际存在的，每个分力都有与之对应的施力物体，而合力是一个设想的力，是“虚拟”的，没有与之对应的施力物体。而在力的分解中，合力是实际存在的，分力是设想的力。任务2实验：探究两个互成角度的力的合成规律1．实验思路等效替代法：利用合力与分力的作用效果相同，可相互替代。具体过程如下：(1)记录分力：通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环处于某一点，记录F1、F2的大小和方向。(2)记录合力：改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使它处于eq\x(\s\up1(01))同一位置，记录F的大小和方向。(3)观察、分析图形：用力的图示法画出拉力F1、F2和F。用虚线把拉力F的箭头分别与F1、F2的箭头连接，观察、分析所围成的形状。2．实验器材方木板、白纸、eq\x(\s\up1(02))弹簧测力计(两个)、橡皮条、小圆环、细绳套(两个)、三角板、eq\x(\s\up1(03))刻度尺、图钉(若干)、铅笔。3．实验步骤(1)装置安装：在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲，橡皮条的一端连接轻质小圆环，另一端固定，橡皮条的原长为GE。(2)两力拉：如图乙，在小圆环上系上两个细绳套，用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环，小圆环处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。用铅笔描下O点位置、细绳套的方向，并记录两弹簧测力计的读数F1、F2。(3)一力拉：如图丙，改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使它处于O点，记下细绳套的方向和弹簧测力计的读数F。(4)重复实验：改变拉力F1和F2的大小和方向，重做两次实验。4．数据处理(1)如图，由O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F。用虚线把拉力F的箭头分别与F1、F2的箭头连接，能看到所围成的形状像是一个平行四边形。(2)以F1、F2为邻边作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，比较该对角线所表示的力F′与F在大小和方向上是否相同。5．实验结论两个力合成时，如果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。这个规律叫作平行四边形定则。6．误差分析(1)实验中，弹簧测力计的弹簧与外壳之间、指针与外壳之间或弹簧测力计的外壳与纸面之间有摩擦力存在会造成误差。(2)读数误差：弹簧测力计的读数在允许的情况下，尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录。(3)作图误差①点O的位置和两个弹簧测力计拉力的方向画得不准确，造成作图误差。②两个分力的夹角太大或太小，导致作图产生较大误差。③作图比例不恰当、不准确等造成作图误差。7．注意事项(1)正确使用弹簧测力计①弹簧测力计使用前，要拉动挂钩几次，看松开后指针是否指在零刻度线上，若不指在零刻度线上，则应校正零位，无法校正的要记录下零刻度线误差。还需用钩码检查弹簧测力计是否存在示值误差，若存在，应加以校正。②使用时不要超过其量程。③拉力应沿轴线方向，弹簧测力计的指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生摩擦。④读数时应正视、平视刻度，估读到最小刻度的下一位。(2)规范实验操作①细绳套适当长一些，便于确定力的方向。不要直接沿细绳套方向画直线，应在细绳套两端画投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向。②在同一次实验中，小圆环两次到达的位置O一定要相同。③实验时弹簧测力计与板面平行。④在满足拉力不超过弹簧测力计量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些。⑤用两个弹簧测力计互成角度地拉小圆环时，其夹角不宜太小，也不宜太大，在60°到120°之间为宜。(3)规范作图：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些、清楚一些。例2某同学做“探究两个互成角度的力的合成方法”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。(1)本实验采用的科学方法是________。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(2)图甲中右侧弹簧测力计的示数是________N。(3)实验时，主要的步骤如下：A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B．用图钉把橡皮筋的一端固定在板上，在橡皮筋的另一端拴上两根细绳；C．分别将两个弹簧测力计连接在两根细绳的末端，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点到达某一位置，记录下结点的位置，读出两个弹簧测力计的示数F1、F2；D．只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮筋使其伸长，读出弹簧测力计的示数F，记下细绳的方向；E．用力的图示法作出三个力，观察这三个力所构成的几何图形；F．改变步骤C中两个拉力的大小和方向，重复C～E实验步骤。上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是________和________。②遗漏的内容分别是____________________和____________________________。③步骤E中，实验记录如图乙所示，观察可知，三个力构成了怎样的几何图形？______________________________________________。(4)请根据上述猜想，在图乙中用尺规严格作图，画出F1、F2合力的理论值F′，用以检验猜想是否正确。由图可知，F＝________N，F′＝________N。[规范解答](1)合力与分力的作用效果是相同的，合力与分力可以相互替代，因此本实验采用的科学方法是等效替代法，故A、C、D错误，B正确。(2)题图甲中右侧弹簧测力计的分度值为0.1N，需要估读到分度值的下一位，故其示数为3.00N。(3)①有重要遗漏的步骤的序号是C和D。②C：作图时需要力的方向，则应记下两根细绳的方向；D：两次作用效果必须相同，则需把橡皮筋与细绳的结点拉到同一位置。③若将图乙中三个力的箭头端依次用虚线连接，观察可发现，三个力构成的几何图形是以两分力为邻边、合力为两个邻边之间对角线的平行四边形。(4)根据上述猜想，用一副三角板分别作出F1、F2的平行线，如图中虚线所示，从O到两虚线的交点的有向线段即理论值F′。由力的标度可知，F＝3.60N，F′＝3.50N。[答案](1)B(2)3.00(3)①CD②记下两根细绳的方向把橡皮筋的结点拉到同一位置③平行四边形，其中两个分力为平行四边形的两邻边，合力为两个邻边之间的对角线(4)图见规范解答3.603.50[跟进训练]探究两个互成角度的力的合成规律的实验情况如图1所示，其中A处有固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，第一次用两个弹簧测力计同时拉OB和OC，第二次只用一个弹簧测力计拉OB。(1)下列说法正确的是________(填字母代号)。A．必须将弹簧测力计都拉到相同刻度B．只要将橡皮条拉伸相同长度即可C．需要记录下拉力的大小和方向D．必须将橡皮条和绳的结点O拉到相同位置(2)完成该实验的下列措施中，能够减小实验误差的是________(填字母代号)。A．拉橡皮条的绳细一些并且长一些B．标记同一细绳方向的两点尽量近一些C．使拉力F1和F2的夹角尽量等于90°D．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(3)如图2所示，甲、乙两图分别是某两位同学在做以上实验时得到的结果，其中符合实验事实的是________。(填“甲”或“乙”，其中力F′是用一个弹簧测力计拉时的拉力)答案：(1)CD(2)AD(3)甲解析：(1)本实验的目的是为了研究合力与分力的定量关系。根据合力与分力是等效的，本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同，B错误；要作出力的图示，所以要记录拉力的大小和方向，C正确；在白纸上标记第一次橡皮条和绳的结点的位置，第二次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，表明两次力的作用效果相同，即两个拉力和一个拉力等效，而弹簧测力计不必拉到相同刻度，A错误，D正确。(2)为了更加准确地记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些、细些，标记同一细绳方向的两点要远些，A正确，B错误；两拉力F1、F2之间的夹角不宜过小，也不宜过大，以60°～120°为宜，为了得到普遍规律，F1和F2的夹角不能只取特殊值90°，C错误；本实验是通过在白纸上作力的图示来探究合力与分力的定量关系，为了减小实验误差，弹簧测力计、细绳、橡皮条都应贴近木板且与木板面平行，否则误差较大，D正确。(3)用平行四边形定则画出的合力可能与橡皮条拉力的方向有偏差，但用一个弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮条的拉力一定在同一直线上，故甲符合实验事实。等效思想合力与分力的关系体现了等效思想，这是物理学中一种重要的思想方法。其特征是：若两个事物在某方面的效果相同，就可以在该方面用其中一个事物代替另一个。第二章中竖直上抛运动的分段研究和整体研究、本章第1节重心的概念、初中涉及的等效电路均利用了等效思想。后续课程中也会涉及等效思想。借助等效思想，我们可利用熟悉、简单的事物、规律认识新的、复杂事物的特性及规律，或者求解某些普通方法难以解决的问题。例以下四幅插图所示实验情境，研究方法是等效替代法的是()[规范解答]观察液柱高度变化，将瓶身的微小形变转换为液柱高度的变化，利用的是微小量放大法，故A错误；探究影响滑动摩擦力的因素，需要控制其他因素不变，只改变一个相关因素以观察滑动摩擦力的变化，利用的是控制变量法，故B错误；验证力的平行四边形定则时，两个弹簧测力计的拉力效果与一个弹簧测力计的拉力效果相同，则两个弹簧测力计的拉力可由一个弹簧测力计的拉力等效替代，体现等效替代的思想，故C正确；用数字计时器和光电门测速度，用物体通过光电门的平均速度表示其在光电门位置的瞬时速度，体现了极限的思想，故D错误。[答案]C课后课时作业题号123456难度★★★★★★★★★★★★对应考点/知识点合力与分力、共点力的理解探究两个互成角度的力的合成规律的实验的操作与原理探究两个互成角度的力的合成规律的实验的操作、读数与误差分析探究两个互成角度的力的合成规律的实验的原理、操作及拓展实验：探究两个互成角度的力的合成规律实验创新拓展：用一个弹簧验证平行四边形定则知识点一合力和分力1．(多选)如图所示，同一个重力为G的吊灯，既可以用一根绳子A悬挂保持静止，也可以用两根绳子B、C悬挂保持静止，图中F是绳子A对吊灯施加的拉力，F1、F2分别是绳子B、C对吊灯施加的拉力。下列说法正确的是()A．F与F1、F2产生了不同的作用效果B．作吊灯的受力分析图时，应同时画出G和F、F1、F2C．G和F1、F2是共点力D．F是以F1、F2为邻边的平行四边形的对角线答案：CD解析：同一个吊灯悬挂在一根绳子A下或两根绳子B、C下均能保持静止，则绳子A对吊灯施加的一个力F与两根绳子B、C对吊灯施加的两个力F1、F2产生的作用效果相同，A错误；作吊灯的受力分析图时，应根据实际受力情况，只画出G和F或G和F1、F2，B错误；G和F1、F2虽然不是作用于同一点，但作用线过同一点，所以是共点力，C正确；由以上分析可知，F与F1、F2的合力相同，根据二力合成的法则，F是以F1、F2为邻边的平行四边形的对角线，D正确。知识点二实验：探究两个互成角度的力的合成规律2．(2023·广东省肇庆市高一上期末)探究“两个互成角度的力的合成规律”实验中，木板竖直放置，橡皮筋一端固定，另一端拴有细绳套，如图甲所示。先用两个弹簧测力计把橡皮筋下端拉至A点，如图乙所示。再改用一个弹簧测力计把橡皮筋下端拉至B点，如图丙所示。(1)在实验中B点位置________(选填“与A点位置相同”“在A点下方”或“在A点上方”)。(2)两个弹簧测力计把橡皮筋下端拉至A点时，弹簧测力计之间的夹角________(选填“一定”或“不一定”)取90°。(3)本实验采用的科学方法是________(选填“理想实验法”“控制变量法”或“等效替代法”)。答案：(1)与A点位置相同(2)不一定(3)等效替代法解析：(1)为了让一个弹簧测力计单独作用的效果与两个弹簧测力计共同作用的效果相同，必须使A、B两点位置相同。(2)实验中，把橡皮筋的另一端拉到A点时，两个弹簧测力计之间的夹角大小要适当，但不一定取90°。(3)本实验用一个弹簧测力计作用效果等效替代两个弹簧测力计共同作用的效果，采用的科学方法是等效替代法。3．(2024·广东省梅州市高一上1月期末)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，某同学的实验情况如图甲所示，将橡皮条一端固定在A点，另一端系上两根细绳及绳套，用两个弹簧测力计通过细绳套互成角度地拉动橡皮条，将结点拉到O点；图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。(1)图甲中左侧弹簧测力计的示数为________N；(2)如果没有操作失误，图乙中一定沿着AO方向的力是________(选填“F”或“F′”)；(3)在本实验中，以下说法正确的是________。A．两根细绳必须等长B．同一次实验过程，结点的位置必须都拉到同一位置O点C．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要适当远一些D．用两个弹簧测力计同时拉细绳时要使两个弹簧测力计的示数相等答案：(1)3.70(2)F′(3)BC解析：(1)图甲中，弹簧测力计的最小分度值为0.1N，根据弹簧测力计的读数规则可知，图甲中左侧弹簧测力计的示数为3.70N。(2)图乙中F是合力的理论值，F′是合力的真实值，所以如果没有操作失误，图乙中一定沿着AO方向的力是F′。(3)实验中的细绳只要相对长些，便于准确标出力的方向，两根细绳并不一定要等长，故A错误；为了保证合力与分力作用效果相同，同一次实验过程中，结点的位置必须都拉到同一位置O点，故B正确；实验中为准确标记拉力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要适当远一些，故C正确；用两个弹簧测力计同时拉细绳时不一定要使两个弹簧测力计的示数相等，故D错误。4．(2024·浙江省杭州市高一上校考期中)“探究两个互成角度的力的合成规律”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和平行四边形定则所绘制的对比图，F为用平行四边形定则作出的合力。(1)本实验中“等效替代”的含义是________。A．橡皮筋可以用细绳替代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．两个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)实验中用两个完全相同的弹簧测力计成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有________。A．两细绳的方向B．橡皮筋的原长C．两弹簧测力计的示数D．结点O的位置(4)在实验中，如果将细绳换成橡皮筋，那么实验结果将________(选填“改变”或“不变”)。答案：(1)D(2)F′(3)ACD(4)不变解析：(1)等效替代是指两个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，故选D。(2)F′为用一个弹簧测力计拉橡皮筋时的拉力，由二力平衡可知一定沿AO方向。(3)两个完全相同的弹簧测力计成一定角度拉橡皮筋时，必须记录两细绳的方向、两弹簧测力计的示数以及结点O的位置，故A、C、D正确，B错误。(4)如果将细绳换成橡皮筋，结点O位置不变，则仍可以通过橡皮筋的方向确定各力的方向，通过弹簧测力计的示数确定各力的大小，对等效替代原理无影响，则实验结果将不变。5．(2024·河北省唐山市高一上1月期末)在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，某同学按照如下步骤进行操作：①在