粵教版必修一33力的等效和替換07-文庫吧在線文庫
【正文】 據(jù)題意知 F1－ F2＝ F，即 F1－ F2＝ 5N，不難知道， F1＝ 7N， F2＝ 2N； F1＝ 8N， F2＝3N； F1＝ 9N， F2＝ 4N…… 都滿足上述等式，顯然滿足 F1－ F2＝ 5N 的兩個(gè)分力 F1和 F2也具有無數(shù)多組值，即 F1和 F2的大小是確定的。 盡管看起來力的種類如此之多，但近代 科學(xué)告訴我 們， 自然界中只存在四種基本的相互作用力，其他的力都是這四種力的不同表現(xiàn)．這 四 種力是引力、電磁力、強(qiáng)力、 弱力。 在力學(xué)中提到的相互接觸物體之間的彈力、摩擦力、流體的阻力、空氣的壓力、浮力以及黏合 力等都是相互靠近的原子或分子之間的電磁作用力的宏觀表現(xiàn)。 1864 年麥克斯韋用他的電磁理論統(tǒng)一了電與磁的相互作用力。 物理學(xué)理論的統(tǒng)一過程使人們認(rèn)識(shí)到，物質(zhì)世界的一切物理規(guī)律歸根到底都受到四種不同的基本作用力的支配。 下面，我們對四種作用力進(jìn)行較為細(xì)致的比較。一般來說，在粒子物理中，引力幾乎完全可以忽略不計(jì)。 電磁相互作用是通過交換光子發(fā)生作用的。當(dāng)能量低于 102GeV 也就是距離大于 10—16cm 時(shí)，弱作用的強(qiáng)度就顯得比電磁作用弱得多。初步結(jié)果表明，質(zhì)子的壽命大于1032年?，F(xiàn)在，統(tǒng)一場論的研究已經(jīng)成了當(dāng)代理論物理學(xué)研究中的重要前沿?！? 在愛因斯坦的幾何統(tǒng)一場論陷入困境的 50年代前期，量子力學(xué)的創(chuàng)始人 之一海森堡開拓了統(tǒng)一場論的另一個(gè)探索方向。弱電統(tǒng)一理論的成功，鼓舞和推動(dòng)了人們?nèi)ヌ接懭?、電、?qiáng)力三種場的統(tǒng)一。但是這種痼見是理論物理應(yīng)該有什么樣的基本結(jié)構(gòu)的一個(gè)卓見。幾 何統(tǒng)一場論和量子統(tǒng)一場論都 有其各自的片面性 。而規(guī)范統(tǒng)一場論提出之后，各種加速器能量不斷提高，新的發(fā)現(xiàn)層出不窮。 四、幾點(diǎn)啟示 第一，是否可能實(shí)現(xiàn)理論的 統(tǒng)一 ?在愛因斯坦從 20 年代起致力于統(tǒng)一場 論的研究時(shí)，物理學(xué)家泡利認(rèn)為這是做不到的，他說：“上帝拆散的東西，凡人永遠(yuǎn)也接合不上。 挫折并沒有熄滅人們追求統(tǒng)一 的熱情，楊振寧和米爾斯于 1954年又為統(tǒng) 一場論開辟了另一條新路。從 20世紀(jì) 20年 代以來，愛因斯坦為了取得幾何統(tǒng)一場論的成功，幾乎耗費(fèi)了他后半生的全部心血。 從理論的預(yù)見性來看，只有具有邏輯簡單性的科學(xué)理論才有更大的預(yù)見能力，從而能夠更好指導(dǎo)科學(xué)實(shí)踐。但是，這種實(shí)驗(yàn)是非常難做的。發(fā)現(xiàn)者獲得了 1984年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。在原子核這樣的尺度范圍內(nèi)強(qiáng)作用比電磁作用強(qiáng)得多，但在大距離上，強(qiáng)作用幾乎完全不再起作用，它就比電磁作用顯得弱得多了。二者之比為 Fe/ Fg=22eGmp ≈ 8 10－ 37 與 距離已沒有關(guān)系。 二、認(rèn)識(shí)四種相互作用 弱、電磁、強(qiáng)、引力場是我們現(xiàn)在已知的場的四種具體形態(tài)。 因?yàn)樵S多科學(xué)家都有一種信念，深信“從本質(zhì)上講， 自然界是簡單的”。 兩個(gè)相鄰質(zhì)子之間的強(qiáng)力可以達(dá)到104N，但作用范圍較小，距離超過約 10— 15 m 時(shí)，強(qiáng) 力就可略去不計(jì)。 在天體運(yùn)行中引力起著重要作用，但在研究微觀粒子的相互作用時(shí)可 略去。滿足這種要求有兩種情況： （ 1） 若三力在同一直線上，則二力大小之和等于第三力大?。欢χ畹扔诘谌Υ笮?，故 D 正確。不能像數(shù)字那樣簡單地進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，它有自己的運(yùn)算規(guī)則，應(yīng)該用力的作用效果相同時(shí)的等效替代思想，找出這個(gè)規(guī)則，然后進(jìn)行力的運(yùn)動(dòng)，分析表明，合力的大小大于、小于、等于分力的情況都存在。時(shí)的合力后可發(fā)現(xiàn) ,當(dāng)這兩分力夾角θ取值為 0176。時(shí)的合力。在物理學(xué)中，通常從作用效果相同這一觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)具體情況進(jìn)行力的 替代，稱為力的合成與分解。 ，因拉桿和鉤的質(zhì)量較大，且零點(diǎn)是在豎直情況下校準(zhǔn)的，因此水平使用時(shí)要重新調(diào)零點(diǎn)，彈簧的伸長方向要和所測拉力方向一致，彈簧、指針、拉桿都不要與刻度板和刻度板末端的限位卡發(fā)生摩擦． 實(shí)驗(yàn)步驟 1．用圖釘把白紙釘在放于水平桌面的方木板上． 2．用圖釘把橡皮條的一端固定在 A點(diǎn)，橡 皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套． 3．用兩只彈簧秤分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，將結(jié)點(diǎn)拉到某一位置，記錄兩彈簧秤的讀數(shù)，用鉛筆描下 O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩條細(xì)繩套的方向． 4．用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn) O沿兩條細(xì)繩方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧秤的讀數(shù) F F2的圖示，并以 F1和 F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過 O 點(diǎn)畫平行四邊形的對角線，即為合力 F的圖示． 5．只用一只彈簧秤鉤住細(xì)繩套，把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置 O，記下彈簧 秤的讀數(shù) F/和細(xì)繩的方向，用刻度尺從 O點(diǎn)按 4中選 定的標(biāo)度沿記錄的方向作出 這只彈簧秤的拉力 F/的圖示． 6．比較力 F/與用平行四邊形定則求出的合力 F的大小和方向，得出結(jié)論． 7．改變兩個(gè)力 F F2的大小和夾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次． 注意事項(xiàng) 1．同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧秤的選取方法是：將兩只彈簧秤鉤好后對拉，若兩只彈簧秤在拉的過程中，讀數(shù)相同，則可選，若不同，應(yīng)另換，直至相同為止，使用時(shí)彈簧秤與板面平行． 2．在滿足合力不超時(shí)彈簧秤量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下，應(yīng)使拉力盡量大一些，以減小誤差． 3．畫 力的圖示時(shí)，應(yīng)選定恰當(dāng)?shù)臉?biāo)度，盡量使圖畫得大一些，但也不要太大而畫出紙外．要嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作出合力． 4．在同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮條拉長的結(jié)點(diǎn) O位置一定要相同． 5．由作圖法得到的 F和實(shí)際測量得到的 F/，不可能完全符合，但在誤差允許范圍內(nèi)可認(rèn)為 F和 F/符合即可． 誤差分析 本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源除彈簧秤本身的誤差外，還出現(xiàn)讀數(shù)誤差，作圖誤差，因此，讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄，兩力的邊一定要平行．兩個(gè)分力 F F2間夾角θ越大，用平行四邊形作圖得出的合 力 F的誤差△ F也越大，所以實(shí)驗(yàn)中不要把θ取得太大．雖然如此，實(shí)驗(yàn)必有誤差，我們要盡量規(guī)范操作減小誤差．千萬不要硬湊數(shù)據(jù)而使實(shí)驗(yàn)十全十美毫無誤差．本實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍是：力的大小△ F≤ 5%F， F/與 F的夾角θ≤ 70，對于△ F=0，θ =0和△ F≤
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