新教材高中物理鲁科版必修第一册课件-第4章-实验-探究两个互成角度的力的合成规律.pptx

实验:探究两个互成角度的力的合成规律第4章2021内容索引0102课前篇 自主预习课堂篇 探究学习学习目标思维导图1.验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则科学探究)2.进一步练习用作图法求两个共点力的合力科学思维)课前篇 自主预习必备知识一、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O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。

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相距较远的点即可)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 (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90)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 2.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则:在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的质量相等,当系统静止时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3,回答下列问题:(1)(多选)改变钩码个数,实验能完成的是()A.钩码的个数N1=N2=2,N3=4B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4C.钩码的个数N1=N2=N3=4D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是()A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量(3)在作图时,你认为下图中(选填“甲”或“乙”)是正确的。

解析 (1)实验中的分力与合力的大小关系必须满足:|F1-F2|F3F1+F2,因此B、C、D选项是可以的3)实验中F3是竖直向下的,所以甲图正确答案 (1)BCD(2)A(3)甲课堂篇 探究学习问题问题 一实验实验 原理与操作情境探究如图所示,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条伸直,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知识点拨实验数据分析的方法(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)实际值: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3)相比较:比较F与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实例引导例1“验证力的平行四边形定则”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图。

图乙中的F与F两力中,方向一定沿AO方向的是解析 力F为用一只弹簧拉橡皮条时力的大小和方向,所以F与AO的方向相同答案 F变式训练1在验证力的平行四边形定则时,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1)(多选)实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列说法正确的是选填字母代号)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(2)(多选)同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的做法是选填字母代号)A.两细绳必须等长B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行C.用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些解析 (1)该实验的关键是等效替代,故选B、D2)由实验操作步骤可知应选B、D答案 (1)BD(2)BD问题问题 二数据处处理与误误差分析情境探究(1)本实验中对两只弹簧测力计有何要求?(2)使用弹簧测力计时应注意哪些问题?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读数时应正对、平视刻度知识点拨1.误差分析(1)读数误差弹簧测力计示数在允许的情况下,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,造成作图误差两个分力的起始夹角太大,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作图比例不恰当、不准确等造成作图误差2.规范操作(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60100为宜3)在不超出弹簧测力计量程及橡皮条弹性限度的前提下,测力计示数、橡皮条被拉伸的长度应尽量大一些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,应在细绳套两端各画一个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向实例引导例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变式训练2“探究求合力的方法”的实验装置如图所示1)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图甲所示其中,细绳CO对O点的拉力大小为N;(2)请将图甲中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图乙上由图求出合力的大小F合=N;(保留两位有效数字)(3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣,于是,他将刻度尺与弹簧测力计平行放置,如图丙所示,利用读得的数据,他得出了弹簧的劲度系数。

那么,该弹簧的劲度系数k=N/m保留两位有效数字)解析 (1)由图甲可读出CO对O点的拉力大小为2.60N2)在图乙上的画图如右图所示,结合作图可求得合力大小为5.1N3)由图丙可知,弹簧测力计0刻度线对应5.0mm,2.60N对应48.4mm,由答案 (1)2.60(2)见解析图5.1(3)60随堂检测检测1.某同学利用如图所示的装置验证力的平行四边形定则图甲中GE是橡皮条,轻质小圆环挂在橡皮条的下端;图乙中用两个互成角度的拉力F1、F2将小圆环拉至O点;图丙中用一个拉力F将小圆环仍拉至O点下列说法正确的是()A.进行图乙中的操作时,拉力F1、F2的方向一定相互垂直B.在图乙、丙中,橡皮条必须沿竖直方向拉伸C.在图乙、丙中,必须将小圆环拉至相同的位置D.图乙操作完成后,可更换橡皮条,继续完成图丙所示的实验步骤解析 进行图乙中的操作时,只需两拉力F1、F2的大小、方向明确,不一定相互垂直,选项A错误;图乙、丙中的实验产生的效果相同,就是将小圆环拉至相同的位置,图乙操作完成后,若更换橡皮条,则不能验证力的平行四边形定则,选项C正确,B、D错误答案 C2.(1)甲、乙和丙三位同学做“互成角度的两个力的合成”的实验,所用弹簧测力计的量程为05N,他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点,橡皮条的另一端通过细绳连接弹簧测力计,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,如图所示,此时细绳都与平板平行,用F1和F2表示拉力的方向和大小。

甲同学实验中的F1和F2的方向互相垂直,F1=2.8N、F2=3.5N;乙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为30,F1=F2=4.0N;丙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为120,F1=F2=4.0N这三位同学中操作不合适的是哪一位?并说明原因2)若丁同学对本实验进行改进,设置如图丁所示的实验装置,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点的位置和细线的方向在实验操作过程中,改变拉力,重复多次实验时,要求O点(选填“一定”或“不一定”)静止在同一位置在某次实验中,若该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程,请你提出两条解决办法:丁 , 解析 (1)由两分力的大小及对应的角度可得其合力的大小,可知乙同学实验中F1、F2的合力已超出弹簧测力计的量程,所以操作不正确的是乙同学2)改进后的实验装置中,因合力不变,故O点的位置不一定要静止在同一点若弹簧测力计A的指针稍超出量程,可以减小合力的大小,即减小M的质量,或者减小OA与竖直线之间的夹角,使弹簧测力计A处于量程以内。

答案 (1)乙,合力超出弹簧测力计量程(2)不一定减小M的质量减小OA与竖直线之间的夹角3.如图甲所示,某同学用安装好的实验器材做“验证力的平行四边形定则”实验,图中A为固定橡皮条的图钉某次实验,使用两个弹簧测力计同时拉细绳套,将橡皮条与细绳的结点拉到O点,OB和OC为细绳,记录下两个弹簧测力计的读数及细绳的连接情况,在白纸上作出力F1和F2的图示如图乙所示请回答下列问题1)关于实验操作的说法正确的是A.细绳套应该适当长一点,便于确定力的方向B.用弹簧测力计拉细绳时,细绳要与白纸平行C.在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等D.改变F1、F2,重复步骤进行第二次实验时,记下O点的位置。