高中物理第三章相互作用实验探究求合力的方法课件新人教版必修1.ppt

实验实验:探究求合力的方法探究求合力的方法自主阅读自我检测一、实验原理一个力F的作用效果与两个共点力F1和F2的共同作用效果都是把橡皮条结点拉伸到某点,则F为F1和F2的合力,作出F的图示,再根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F'的图示,比较F'与F在实验误差允许范围内是否大小相等、方向相同,即得到互成角度的两个力合成是否遵循平行四边形定则二、实验器材方木板、白纸、图钉若干、细芯铅笔、橡皮条一段、细绳套两个、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺自主阅读自我检测三、实验步骤1.在方木板上用图钉固定一张白纸,如图甲所示,用图钉把橡皮条的一端固定在木板上A点,在橡皮条的另一端拴上两个细绳套2.用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套,互成角度地拉橡皮条将结点拉到某位置O,用铅笔描下结点的位置、细绳的方向,并记录两弹簧测力计的读数3.如图乙所示,按适当的比例作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板,以F1、F2为邻边画出平行四边形,并画出对角线F'自主阅读自我检测4.用一个弹簧测力计把橡皮条拉到同一位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳的方向,并用同样的比例作出这个力F的图示。

5.比较F与F'的大小和方向,看它们在实验误差允许范围内是否相同,从而验证平行四边形定则自主阅读自我检测1.正误辨析(1)实验中合力与分力的作用效果相同,此实验中力的作用效果是指橡皮条伸长的长度相同￿(　　)解析:此处力的作用效果是指把橡皮条末端拉到同一位置,不仅伸长的长度相同,拉的方向也相同答案:×(2)记录细绳的方向时,在细绳下白纸上点两个点即可￿(　　)解析:细绳下白纸上点两个相距较远的点,再用尺子连成线就是细绳的方向答案:√(3)每次实验时,只要记录弹簧测力计的示数就可以了￿(　　)解析:每次实验时,要记录弹簧测力计的示数和细线的方向答案:×自主阅读自我检测(4)用两弹簧测力计拉橡皮条时,两弹簧测力计间的夹角应取900￿(　　)解析:两弹簧测力计间的夹角可以任意选取,只要不太大也不太小就可以答案:×自主阅读自我检测2.每次实验都必须保证结点的位置保持不变,这体现了怎样的物理思想方法?若两次橡皮条的伸长长度相同,能否验证平行四边形定则?提示:每次实验保证结点位置保持不变,是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同,这是物理学中等效替代的思想方法由于力不仅有大小,还有方向,若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同,说明两次效果不同,不满足合力与分力的关系,不能验证平行四边形定则。

3.如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律?如何观察合力的变化规律?提示:保持两力的大小不变,改变两力之间的夹角,使两力的合力发生变化,可以通过观察结点的位置变化,判断合力大小的变化情况结点离固定点越远,说明两力的合力越大知识点一知识点二作图与分析作图与分析问题导引实验时由作图法得到的合力F和单个弹簧测力计测量的实际合力F'忘记标注而造成错乱,你如何加以区分?要点提示:由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直,所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F',不共线的合力表示由作图法得到的合力F知识点一知识点二知识归纳实验结果分析的方法(1)理论值:在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计同时拉时弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F2)测量值:按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F'的图示知识点一知识点二(3)相比较:比较F'与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否相等注意: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知识点一知识点二典例剖析【例1】某同学用如图甲所示的装置做“探究求合力的方法”实验。

将一木板竖直平行放在铁架台和轻弹簧所在平面后面其部分实验操作如下,请完成下列相关内容:知识点一知识点二(1)如图甲,在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O;(2)如图乙所示,卸下钩码,然后将两细绳套系在弹簧下端,用两弹簧测力计将轻弹簧末端拉到同一位置O,记录细绳套AO、BO的　　　　及两弹簧测力计相应的读数其中B弹簧测力计的读数为　　　　 N; (3)该同学在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、FB的大小和方向如图丙所示,请在图丙中作出FA、FB的合力F';(4)已知钩码的重力,可得弹簧所受的拉力F如图丙所示,观察比较F和F',得出结论 　 知识点一知识点二答案:(2)方向　11.40　(3)如图所示 (4)在误差允许的范围内,F=F' 知识点一知识点二实验误差与注意事项实验误差与注意事项问题导引本实验中对两只弹簧测力计有何要求?使用时应注意哪些问题?要点提示:(1)本实验中的两只弹簧测力计的选取方法:将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉过程中,读数相同,则可选;若读数不同,应另换或调校,直至相同为止2)使用弹簧测力计测力时,读数应尽量大些,但不能超出它的测量范围3)被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩擦。

4)读数时应正对、平视刻度知识点一知识点二知识归纳1.误差分析(1)读数误差弹簧测力计数据在允许的情况下,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2)作图误差①结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确,造成作图误差②两个分力的起始夹角α太大,如大于120°,再重复做两次实验,为保证结点O位置不变(即保证合力不变),则α变化范围不大,因而弹簧测力计示数变化不显著,读数误差较大,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知识点一知识点二2.规范实验操作(1)位置不变:在同一次实验中,将橡皮条拉长时结点的位置一定要相同2)角度合适:两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~100°为宜3)在不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内的前提下,测量数据应尽量大一些4)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向不要直接沿细绳套方向画直线,应在细绳套两端画个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向知识点一知识点二典例剖析【例2】￿在探究求合力的方法的实验中某同学的实验情况如图所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳。

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)(多选)本实验中,采取下列哪些方法和步骤可以减小实验误差(　　)A.两个分力F1、F2间的夹角越大越好B.拉橡皮条的细绳要稍长一些C.实验中,弹簧测力计必须与木板平行D.读数时视线要正对弹簧测力计刻度知识点一知识点二解析:(1)本实验是采用等效替代的方法,当两个力作用使橡皮条结点O伸长到某一点,另一个力作用也使橡皮条结点O伸长到同一点时,这个力就是前两个力的合力,选B2)本实验中两弹簧测力计所拉绳间的夹角一般在60°到120°之间较合适,A错误;为了减小误差,便于确定两拉力的方向,拉橡皮条的细绳要稍长一些,且必须使橡皮条、细绳、弹簧测力计都与木板平行,细绳要与弹簧测力计轴线在同一直线上,读数时视线要正对弹簧测力计刻度,B、C、D均正确答案:(1)B　(2)BCD123451.(多选)在做完探究求合力的方法实验后,某同学将其实验操作过程进行了回顾,并在笔记本上记下如下几条体会,你认为他的体会正确的是(　　)A.用两只弹簧测力计拉橡皮条时,应使两细绳套间的夹角为90°,以便算出合力的大小B.用两只弹簧测力计拉橡皮条时合力的图示F与用一只弹簧测力计拉橡皮条时力的图示F'不完全重合,在误差允许范围内,可以说明“力的平行四边形定则”成立C.若F1、F2方向不变,而大小各增加1 N,则合力的方向也不变,大小也增加1 ND.在用弹簧测力计拉橡皮条时,应使弹簧测力计的弹簧与木板平面平行12345解析:用两只弹簧测力计拉橡皮条时,两细绳套的夹角约在60°~120°范围,实验中不需要计算出合力的大小,没必要非得把细绳套间夹角设定为90°,A错。

实验中F与F'的图示不一定完全重合,只要两者长度差不多,夹角很小,就可以近似认为验证了“力的平行四边形定则”,B对F1、F2夹角不确定,它们的大小与合力F的大小关系不确定,不能通过F1、F2大小的变化确定F大小的变化,C错实验时必须使弹簧测力计的弹簧与木板平面平行,D对答案:BD123452.(多选)在探究求合力的方法实验中,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列说法正确的是￿(　　)A.将橡皮条拉伸相同长度即可B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度C.将弹簧测力计都拉伸到相同刻度D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置解析:实验中两次拉伸橡皮条时,应要求两次的作用效果必须完全相同,即橡皮条被拉伸的方向、长度完全相同,所以答案选B、D答案:BD123453.(多选)在探究求合力的方法的实验中,某同学的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示,下列说法中正确的是(　　) A.图乙中的F是力F1和F2合力的理论值,F'是力F1和F2合力的实际测量值B.图乙的F'是力F1和F2合力的理论值,F是力F1和F2合力的实际测量值C.在实验中,如果将细绳也换成橡皮条,那么对实验结果没有影响D.在实验中,如果将细绳也换成橡皮条,那么对实验结果有影响12345解析:F1与F2合成的理论值是通过平行四边形定则算出的值,而实际测量值是单独一个力拉O点时的值,因此F'是F1与F2合成的理论值,F是F1与F2合成的实际测量值,故A错误,B正确。

由于作用效果相同,将两个细绳换成两根橡皮条,不会影响实验结果,故C正确,D错误答案:BC123454.某同学用如图所示的实验装置来探究求合力的方法弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线挂一重物M弹簧测力计B的一端用细线系于O点,手持另一端水平向左拉,使结点O静止在某位置分别读出弹簧测力计A和B的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线方向12345(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图中A的示数为　　N2)下列不必要的实验要求是　　　　请填写选项前对应的字母) A.应测量重物M所受的重力B.弹簧测力计应在使用前校零C.拉线方向应与木板平面平行D.改变拉力,进行多次实验,每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中,该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程,请您提出两个解决办法12345解析:(1)由弹簧测力计可读出数据为3.60 N;(2)因为只要O点受力平衡,三个力的合力为零即可,没有必要每次都要使O点静止在同一位置,故选D;(3)减小重物M的质量,可使弹簧测力计的读数减小,将A更换成较大量程的弹簧测力计以及改变弹簧测力计B拉力的方向也可答案:(1)3.60　(2)D　(3)①改变弹簧测力计B拉力的大小;②减小重物M的质量(或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等)123455.将橡皮条的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计。

沿着两个不同的方向拉弹簧测力计,当橡皮条的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图甲所示这时弹簧测力计的读数可从图中读出12345(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为　　　　 N和　　　　 N只需读到0.1 N) (2)在图乙方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力解析:(1)弹簧测力计的读数分别是2.5 N,4.0 N2)如图所示根据测量结果,每小格代表0.5 N,能保证力的图示较准确,若每小格代表1 N,则2.5 N的力表达上容易造成误差,在确定合力大小时,容易造成较大误差力的图示应有刻度、箭头 答案:(1)2.5　4.0　(2)见解析图。