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14. 如图所示是某小组同学在探究同一直线上两个力的合成的实验情景。(每个钩码重 1 N)
(1) 如图(a)所示，将一根橡皮筋悬挂在支架上，记录此时橡皮筋下端到达的位置 $ O $。
(2) 如图(b)所示，橡皮筋在两个方向相同的力 $ F_1 $ 和 $ F_2 $ 的共同作用下伸长到位置 $ O' $。
(3) 如图(c)所示，使橡皮筋在两个方向相反的力 $ F_1 $ 和 $ F_2 $ 的共同作用下仍伸长到位置 $ O' $。
(4) 如图(d)所示，撤去力 $ F_1 $、$ F_2 $ 后，将力 $ F $ 作用在橡皮筋上，使橡皮筋也伸长到位置 $ O' $。
经过实验，将实验结果记录在下表中：
(1) 请将表格空白处补充完整。
(2) 根据实验结果得出结论。
结论一：
结论二：
(3) 在探究同一直线上两个力的合力与两个力的大小及方向关系的实验中，用两个力拉橡皮筋和单独用一个力拉橡皮筋时，都要将橡皮筋的自由端拉到同一位置，这样做的目的是使这个单独作用的力与那两个力的
(1) 如图(a)所示，将一根橡皮筋悬挂在支架上，记录此时橡皮筋下端到达的位置 $ O $。
(2) 如图(b)所示，橡皮筋在两个方向相同的力 $ F_1 $ 和 $ F_2 $ 的共同作用下伸长到位置 $ O' $。
(3) 如图(c)所示，使橡皮筋在两个方向相反的力 $ F_1 $ 和 $ F_2 $ 的共同作用下仍伸长到位置 $ O' $。
(4) 如图(d)所示，撤去力 $ F_1 $、$ F_2 $ 后，将力 $ F $ 作用在橡皮筋上，使橡皮筋也伸长到位置 $ O' $。
经过实验，将实验结果记录在下表中：
(1) 请将表格空白处补充完整。
(2) 根据实验结果得出结论。
结论一：
同一直线上方向相同的两个力，合力的大小等于二力之和，合力方向与二力方向相同
。结论二：
同一直线上方向相反的两个力，合力的大小等于二力之差，合力方向与较大力的方向相同
。(3) 在探究同一直线上两个力的合力与两个力的大小及方向关系的实验中，用两个力拉橡皮筋和单独用一个力拉橡皮筋时，都要将橡皮筋的自由端拉到同一位置，这样做的目的是使这个单独作用的力与那两个力的
作用效果相同
。答案
4N
3N
竖直向上
竖直向下
同一直线上方向相同的两个力，合力的大小等于二力之和，合力方向与二力方向相同
同一直线上方向相反的两个力，合力的大小等于二力之差，合力方向与较大力的方向相同
作用效果相同
3N
竖直向上
竖直向下
同一直线上方向相同的两个力，合力的大小等于二力之和，合力方向与二力方向相同
同一直线上方向相反的两个力，合力的大小等于二力之差，合力方向与较大力的方向相同
作用效果相同
解析
【分析】
1. 补充表格：根据同一直线上二力合成规律，同方向二力合力为二力之和，方向与分力相同；反方向二力合力为二力之差，方向与较大力方向相同。结合每个钩码重1N，图(b)中$F_1=2N$、$F_2=2N$，合力为$2N+2N=4N$，方向竖直向下；图(c)中$F_1=4N$、$F_2=1N$，合力为$4N-1N=3N$，方向与较大力一致即竖直向上，据此补充表格。
2. 归纳结论：对比实验数据，分别总结同一直线上方向相同、相反的两个力的合力大小与方向规律。
3. 实验操作目的：将橡皮筋拉到同一位置$O'$，是为了保证单独的力$F$与$F_1$、$F_2$共同作用时，橡皮筋的形变效果相同，即让$F$与$F_1$、$F_2$的作用效果等效。
【解析】
(1) 表格补充：
图(b)中，同方向二力$F_1=2N$、$F_2=2N$，合力大小$F_{合}=F_1+F_2=2N+2N=4N$，方向竖直向下；
图(c)中，反方向二力$F_1=4N$、$F_2=1N$，合力大小$F_{合}=F_1-F_2=4N-1N=3N$，方向与较大力$F_1$相同，即竖直向上；
因此表格空白处依次为$\boldsymbol{4N}$、$\boldsymbol{3N}$、$\boldsymbol{竖直向上}$、$\boldsymbol{竖直向下}$。
(2) 结论推导：
由图(b)实验数据可知，同一直线上方向相同的两个力，合力的大小等于二力之和，合力方向与二力方向相同；
由图(c)实验数据可知，同一直线上方向相反的两个力，合力的大小等于二力之差，合力方向与较大力的方向相同。
(3) 实验操作目的：
将橡皮筋自由端拉到同一位置，是为了使单独作用的力与那两个力的$\boldsymbol{作用效果相同}$，保证该力是那两个力的等效合力。
【答案】
(1) $\boldsymbol{4N}$；$\boldsymbol{3N}$；$\boldsymbol{竖直向上}$；$\boldsymbol{竖直向下}$
(2) 同一直线上方向相同的两个力，合力的大小等于二力之和，合力方向与二力方向相同；同一直线上方向相反的两个力，合力的大小等于二力之差，合力方向与较大力的方向相同
(3) $\boldsymbol{作用效果相同}$
【知识点】
同一直线上二力的合成；等效替代法
【点评】
本题通过实验探究同一直线上二力的合成规律，核心是运用等效替代法，将两个力的作用效果与一个力的作用效果对比，进而归纳出二力合成的规律，需明确实验操作的物理意义和二力合成的具体规律。
【难度系数】
0.7
1. 补充表格：根据同一直线上二力合成规律，同方向二力合力为二力之和，方向与分力相同；反方向二力合力为二力之差，方向与较大力方向相同。结合每个钩码重1N，图(b)中$F_1=2N$、$F_2=2N$，合力为$2N+2N=4N$，方向竖直向下；图(c)中$F_1=4N$、$F_2=1N$，合力为$4N-1N=3N$，方向与较大力一致即竖直向上，据此补充表格。
2. 归纳结论：对比实验数据，分别总结同一直线上方向相同、相反的两个力的合力大小与方向规律。
3. 实验操作目的：将橡皮筋拉到同一位置$O'$，是为了保证单独的力$F$与$F_1$、$F_2$共同作用时，橡皮筋的形变效果相同，即让$F$与$F_1$、$F_2$的作用效果等效。
【解析】
(1) 表格补充：
图(b)中，同方向二力$F_1=2N$、$F_2=2N$，合力大小$F_{合}=F_1+F_2=2N+2N=4N$，方向竖直向下；
图(c)中，反方向二力$F_1=4N$、$F_2=1N$，合力大小$F_{合}=F_1-F_2=4N-1N=3N$，方向与较大力$F_1$相同，即竖直向上；
因此表格空白处依次为$\boldsymbol{4N}$、$\boldsymbol{3N}$、$\boldsymbol{竖直向上}$、$\boldsymbol{竖直向下}$。
(2) 结论推导：
由图(b)实验数据可知，同一直线上方向相同的两个力，合力的大小等于二力之和，合力方向与二力方向相同；
由图(c)实验数据可知，同一直线上方向相反的两个力，合力的大小等于二力之差，合力方向与较大力的方向相同。
(3) 实验操作目的：
将橡皮筋自由端拉到同一位置，是为了使单独作用的力与那两个力的$\boldsymbol{作用效果相同}$，保证该力是那两个力的等效合力。
【答案】
(1) $\boldsymbol{4N}$；$\boldsymbol{3N}$；$\boldsymbol{竖直向上}$；$\boldsymbol{竖直向下}$
(2) 同一直线上方向相同的两个力，合力的大小等于二力之和，合力方向与二力方向相同；同一直线上方向相反的两个力，合力的大小等于二力之差，合力方向与较大力的方向相同
(3) $\boldsymbol{作用效果相同}$
【知识点】
同一直线上二力的合成；等效替代法
【点评】
本题通过实验探究同一直线上二力的合成规律，核心是运用等效替代法，将两个力的作用效果与一个力的作用效果对比，进而归纳出二力合成的规律，需明确实验操作的物理意义和二力合成的具体规律。
【难度系数】
0.7
