【分析】
这道题是通过等效替代法探究同一直线上二力的合成规律,解题时要抓住“橡皮筋被拉到同一位置”这个关键条件,这说明两次拉力的作用效果相同,后一次的单个拉力就是前两个拉力的合力。
1. 对于第(1)问:先对比图(a)和图(b),图(a)是同方向的两个力$F_1$、$F_2$拉橡皮筋到O点,图(b)是一个力$F$拉到同一位置,说明$F$是$F_1$和$F_2$的合力。计算数值:$0.5\mathrm{N}+1\mathrm{N}=1.5\mathrm{N}$,正好等于$F$的大小,由此可总结同方向二力合成的规律。
2. 对于第(2)问:对比图(c)和图(d),图(c)是反方向的两个力$F_1'$、$F_2'$拉橡皮筋到O'点,图(d)是一个力$F'$拉到同一位置,说明$F'$是$F_1'$和$F_2'$的合力。计算数值:$1.5\mathrm{N}-0.5\mathrm{N}=1\mathrm{N}$,等于$F'$的大小,进而总结反方向二力合成的规律。
【解析】
(1) 观察图(a)和图(b),橡皮筋都被拉到O位置,说明力$F$与$F_1$、$F_2$的共同作用效果相同,即$F$是$F_1$和$F_2$的合力。由数值可知$F_1+F_2=0.5\mathrm{N}+1\mathrm{N}=1.5\mathrm{N}=F$,因此可得:同一直线上,方向相同的两个力的合力,大小等于这两个力的大小之和,方向跟这两个力的方向相同,合力大小的表达式为$F=F_{1}+F_{2}$。
(2) 观察图(c)和图(d),橡皮筋都被拉到O'位置,说明力$F'$与$F_1'$、$F_2'$的共同作用效果相同,即$F'$是$F_1'$和$F_2'$的合力。由数值可知$F_1'-F_2'=1.5\mathrm{N}-0.5\mathrm{N}=1\mathrm{N}=F'$,因此可得: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,方向跟较大的力的方向相同,合力大小的表达式为$F=F_{1}'-F_{2}'$。
【答案】
(1) 大小之和;相同;$\boldsymbol{F=F_{1}+F_{2}}$
(2) 之差;较大的力的方向;$\boldsymbol{F=F_{1}'-F_{2}'}$
【知识点】
同一直线二力合成、等效替代法
【点评】
本题采用等效替代法探究同一直线上二力的合成规律,通过橡皮筋的形变位置相同来体现作用效果等效,着重考查学生对实验现象的分析能力和规律总结能力,帮助学生理解合力与分力的等效关系,是力学基础实验的典型考题。
【难度系数】
0.8