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同一直线上反方向二力合成

 
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观察与思考
  1.实验要研究反方向同一直线上的二力的合成,作用在弹簧下端的两个力除了竖直方向外还必须满足什么条件?

   F1和F2的大小不相等,方向相反。

  2.要使弹簧伸长,力F1和F2哪一个应该大一些?

   F1应大于F2

  3.在记录弹簧秤上显示的力F1和F2的大小时,同时在刻度尺上记什么?

   应记下弹簧下端伸长到的位置。

  4.力F1与F2是否必须同时记录?为什么?

   F1,F2必须同时记录。因为弹簧的形变是由F1和F2共同作用的效果产生的。

  5.何时记下弹簧秤的读数F?为什么?

   用一个弹簧秤竖直向下拉弹簧的下端,使弹簧伸长到跟F1、F2两个方向相反的力同时作用下相同的位置时,记下这一个弹簧秤的读数F,因为这时的拉力F才能从效果上替代两个方向相反的力F1和F2的共同作用。

  6.比较F与F1-F2的大小关系,可得出什么结论? 如果力F1与F2不在同一直线上,能得出与上题相同的结论吗?为什么?

   合力F= F1-F2.不能,因为如果两个力不在同一直线上,即两个力互成一个角度,合力的大小介于这两个力的和与差之间。 

实验原理

  同一直线上,方向相反的两个力的合力大小等于这两个力的大小之差,合力的方向跟较大的那个力相同。

  作用在同一直线上的两个力,当方向相反时,这两个力的合力等于这两个力的差,方向与较大的力的方向一致。
  在力学的考试中不会经常出现关于相反方向二力合成的单独的考查,这部分的考查往往会在考查其他知识的同时出现。如作图、填空、探究等题型。

  1. 物体所受重力是35牛,某人用50牛的力沿竖直向上的方向拉这个物体,则物体所受合力的大小为________。

  2、用手提着一个自重是4牛的弹簧秤,在弹簧秤的秤钩上挂上一个5千克的物体后,当物体静止不动时,弹簧秤的示数是( )
  (A)0牛  (B)4牛  (C)49牛  (D)53牛

  3、大小分别为15牛和20牛的两个力,同时作用在一个物体上。对于合力F大小的估计,正确的说法是( )
  (A)15牛≤F≤20牛          (B)5牛≤F≤35牛       
  (C)0牛≤F≤35牛          (D)15牛≤F≤35牛

  1、重力的方向竖直向下,拉力的方向竖直向上,这两个力是作用在同一直线上的两个力,合力的大小等于这两个力的差,即15牛。方向竖直向上。
  答案:15牛

  2、在这里,测力计的自重是不会在测力计上显示出来的,这里不能用合力的知识进行相加或者相减。测力计所测量的就是所测力的大小即G=mg=49N。
  答案:C

  3、两个力的合力,与力的大小方向都有关系,当两个力的方向相同时,则力的大小等于两个力的和,当两个力方向相反时,合力的大小等于两个力的差;但是还要考虑两个力不在同一直线上,即两个力互成一个角度,则这时,合力的大小就介于这两个力的和与差之间。
  答案:B

帆船中的力学

  用浮标在海面围出一块多边形水域,参赛帆船绕标航行,整个赛程下来,航向常常要经历360度的变化,这便向选手们提出了“八面来风”的挑战。顺风航行的原理浅显易懂,帆对风的阻力就是风对帆的推力,古人使用的方形横帆便是只有“一路顺风”时才能“风正一帆悬”的。但帆船能够“顶风行驶”却常常令人困惑不解,其中的奥妙何在呢?
  将手中的拖把垂直对着地板,拖把显然无法推进,但如果倾斜一个角度,拖把就能向前移动了;在桌面上紧贴着直尺放一块三角板,施加在斜边上的力会把三角板沿直尺方向“挤”跑。帆船在水中能逆风行驶,也必须和风的方向形成45度左右的夹角,风的压力作用在船帆上,便能产生向前推动的分力。

  更主要的原因在于,自从公元9世纪阿拉伯人发明了三角帆,船帆便不再是装风的口袋,而成了飞翔的翅膀。我们不妨先看看飞机是如何升空的。当气流在机翼前缘一分为二,沿着上、下表面流到后缘会合。由于机翼的上表面凸起,下表面平直,因此上表面气流速度大,下表面气流速度小,根据“伯努利原理”,流动快的空气压强小,流动慢的空气压强大,机翼上下方的压力差便是托举飞机翱翔蓝天的升力。公元9世纪阿拉伯人发明了三角帆后,船帆便酷似一个竖直而立的机翼,风在帆的前缘被劈开,再流到后缘去会合,由于帆的迎风面凹陷,背风面凸起,形成了一定的曲度,致使空气在背风面的流速大于迎风面的流速而形成低压区,于是“伯努利原理”便“立即生效”了。这时的船帆从海平面每平方米10吨的静止气压中获得巨大的空气动力,成为帆船前进的“引擎”。当帆船逆风行驶时,必须通过不断地转舵“换舷”,沿着“之”字形路线航行。船与风向的夹角越大,航速越快,不过会以航程加长为代价。逆风航行是选手最容易拉开距离的赛程。
  无论是来自船帆迎风面的“推力”和背风面的“吸力”都会使船发生横向漂移,这又要靠安装在船底的纵向挡水板来抵消船帆的侧向分力了。和船身连为一体的挡水板叫“龙骨”,能够随时抽起和放下的叫“稳向板”。它们在水中巨大的横向阻力确保了船体能在很小的“漂角”下直行前进。

  

探讨课题
  在奥运会上,有许多比赛项目与力的合成有关,如帆船、皮划艇、划艇等,都要考虑水或者空气的阻力对比赛的影响,请你谈谈风速对划艇项目比赛成绩的影响。
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