实验三探究求合力的方法.ppt

【实验目的】 探究两个非共线力合成时满足的规律. 【实验原理】 一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果 都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点, 所以力F就是这两个力F1和F2的合力,作出力F 的图示.再作出力F1 和F2 的图示,比较F1 、 F2和F 的大小和方向有何关系.,实验三 探究球合力的方法,要点归纳,【实验器材】 方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、 细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细 芯铅笔. 【实验步骤】 1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上.并用图 钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上 两个细绳套. 2.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地 拉像皮条,使橡皮条伸长到某一位置O,如图1所示, 记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及 此时两细绳套的方向.,图1 3.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉 到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的 方向. 4.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直 线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和 F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边 形,过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合 力F的图示.,5.用铅笔和刻度尺从节点O点按同样的标度沿记录的 方向作出只用一只弹簧测力计的拉力F的图示. 白纸钉在木板处,两秤同拉有角度, 读数画线选标度,再用一秤拉同处,作出力的矢量图.,锦囊妙诀,交流与思考 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？ 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 物理学中等效替换的思想方法.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.,提示,【误差分析】 1.用两个测力计拉橡皮条时,橡皮条、细绳和测力计 不在同一个平面内,这样两个测力计的水平分力的 实际合力比由作图法得到的合力小. 2.结点O的位置和两个测力计的方向画得不准,造成 作图的误差. 3.两个分力的起始夹角太大,如大于120,再重做 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，因而测力计示数变化不显 著,读数误差大. 4.作图比例不恰当造成作图误差.,交流与思考 实验时由作图法得到的合力F和单个测 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? 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.,提示,【注意事项】 1.不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连两 细绳套,以三绳交点为结点,应使结点小些,以便准 确地记录结点O的位置. 2.使用弹簧秤前，应先调节零刻度，使用时不超量 程,拉弹簧秤时,应使弹簧秤与木板平行. 3.在同一次实验中,橡皮条伸长时的结点位置要相 同. 4.被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动 时弹簧不可与外壳相碰或摩擦.,5.读数时应正对、平视刻度. 6.两拉力F1和F2夹角不宜过小,作力的图示,标度要 一致. 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？ 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.,交流与思考,提示,【例1】 在做“互成角度的两个力的合成”实验时,橡 皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的 另一端拉到某一确定的O点,以下操作中错误的是 ( ) A.同一次实验过程中,O点位置允许变动 B.实验中,弹簧秤必须与木板平行,读数时视线要正 对弹簧秤刻度 C.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大 量程,然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向, 把橡皮条另一端拉到O点 D.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两弹簧秤之 间夹角应取90,以便于算出合力的大小,典例剖析,思路点拨 (1)该实验中怎样使合力与分力产生的效 果相同? (2)实验操作中要注意哪些问题? 解析 从橡皮条固定点到O点的连线方向,是合力的作 用线方向,如果O点变动,那么合力的大小、方向都要 变化，就不能验证力的平行四边形定则,故A选项错. C选项中,因一个弹簧秤已拉到最大量程,再通过另一 个弹簧秤拉橡皮条到O点时,另一个弹簧秤可能超过最 大量程,造成损坏,或读数不准,故C选项错.互成角度 的两个力的合成,是利用平行四边形定则合成的,两个 分力成任意角度都适用,不必成90角,故D选项错. 答案 ACD,【例2】将橡皮筋的一端固定在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.当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂 直,如图2所示.这时弹簧测力计的读数可从图中读出. 图2,(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 _N和_N. (2)在图3所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个 力及它们的合力. 图3 (3)图4(A)(B)两图是两位同学得到的实验结果,其中 哪一个图符合实际?若合力测量值F是准确的，则F 与F有误差的原因可能是哪些?,图4 (1)读数时要符合有效数字的要求. (2)合理选取标度,作出两分力,再应用平行四边形定 则作出合力. (3)F是用一个测力计拉橡皮条所得到的,应在什么 方向上? 解析 (1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N,读数时应 估读一位,所以读数分别为2.50 N和4.00 N.,思路点拨,(2)取一个小方格的边长表示0.50 N,作出两个力及 它们的合力. (3)F是用一个测力计拉橡皮条所得到的,其方向一 定在橡皮条所在直线上,所以B图符合实际,误差的原 因主要是弹簧测力计读数误差,确定分力方向不够准 确等原因. 答案 (1)2.50 4.00 (2)见解析图 (3)B图误差原因见解析,【例3】请不用弹簧秤,只用三条相同的橡皮条、四个 图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板来 验证平行四边形法则. 解析 仅用橡皮条也可验证平行四 边形定则,其步骤、方法如下: (1)将三条橡皮条的一端都拴在一个 图钉O上,将这三条橡皮条的另一端 分别再拴一个图钉A、B、C,注意此时四个图钉均未 固定在板上,如右图所示.,创新实验,(2)用直尺测出橡皮条的自由长度L0,注意从图钉脚之 间测起. (3)将拴有橡皮条的图钉A、B适当张开钉在木板上， 拉第三根橡皮条C,即使三条橡皮条互成角度拉伸,待 节点处的图钉O静止时,钉下C图钉,并记录图钉O的 位置(注意此时O图钉不能钉)记录图钉A、B、C的位 置.(此时图钉有孔,不需铅笔) (4)测出这三条橡皮的长度L1、L2、L3,分别算出它们 的伸长量X1=L1-L0,X2=L2-L0,X3=L3-L0.,(5)将X1、X2、X3按一定比例图示出来,以X1、X2为邻 边作平行四边形,求出其对角线OC.比较OC与OC 的长度(即X3的长度),如果相等,且在一条直线上,则 达到目的.若OC与OC有一微小夹角,则有误差 (如上图所示). 本实验是根据图钉O受到三个平面共点力而静止.任意 两个力的合力与第三个力大小相等方向相反的原理. 答案 见解析,1.在“探究求合力的方法”的实验中,某同学 的实验情况如图5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. (1)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 ( ),素能提升,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 图5,(2)本实验采用的科学方法是_(填字母代号) 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 解析 (1)从图乙中可以看出,F是根据平行四边 形定则作出的理论值,F为合力的实际测量值;本实验 用两个弹簧秤拉像皮条和一个弹簧秤拉橡皮条效果相 同,都使结点O到达同一位置,至于OB、OC是细绳还 是橡皮条则没有关系,故B、C正确. (2)本实验采用的科学方法是等效替代法,B项正确. 答案 (1)BC (2)B,2.在“验证力的平行四边形定则”中,采取下列哪些 方法和步骤可减小实验误差 ( ) A.两个分力F1、F2间的夹角要适当大些 B.两个分力F1、F2的大小要适当大些 C.拉橡皮条的细绳要稍长一些 D.实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住,平放在桌 子上,向相反方向拉动,检查读数是否相同,ABCD,3.某同学在做“验证力的平行四边形定则” 的实验 中,主要实验步骤如下: A.在桌面上放一块木板,在木板上铺一张白纸,用图 钉把白纸钉在木板上 B.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，在 橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端打成 绳套 C.用两个弹簧秤分别勾住绳套,平行于木板且互成角 度地拉橡皮条,把橡皮条的结点拉到某一位置O,记 录下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧 秤的示数,D.按选好的比例,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧秤的 拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F E.只用一个弹簧秤,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读 出弹簧秤的示数,记下细绳的方向，按同一比例作出 这个力F的图示 F.比较力F和F的大小和方向,看它们是否相同, 得 出结论,上述步骤中: (1)有重要遗漏的步骤序号是_; (2)遗漏的内容是_. 解析 本实验的基本思想是“等效替代”,用一个弹 簧秤拉橡皮条和两个弹簧秤拉的效果相同,所以要把 橡皮条的结点拉到同一位置O点. 答案 (1)E (2)E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了O点,4.在做“验证力的平行四边形定则”的实验中，在水 平放置的木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定 在A点上,另一端连接两根细线,然后通过细线用两 个互成角度的弹簧秤来拉橡皮条,使橡皮条伸长到 某一点O,此时需记录下： (1)_, (2)_, (3)_. 然后改用一个弹簧秤把橡皮条拉到O点后再记录下： (4)_, (5)_.,(6)如图6所示,是该同学完成验证力的平行四边形定 则实验操作后得到的数据图,请选好比例在方框中作 图完成该同学未完成的实验数据处理. 图6,解析 作图象时以O点为起点作F1、F2、F的图示, 且要按同一比例；要用三角板和刻度尺规范地作出平 行四边形. 答案 (1)两弹簧秤的读数 (2)结点O的位置 (3)两细线的方向 (4)弹簧秤的读数 (5)细线的方 向 (6)见解析图,5.小明同学在学完力的合成与分解后,想在家里做实 验验证力的平行四边形定则.他从学校的实验室里 借来两只弹簧测力计,按如下步骤进行实验. A.在墙上贴一张白纸用来记录弹簧弹力的大小和方 向 B.在一只弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯, 记下静止时弹簧测力计的读数F. C.将一根大约30 cm长的细线从纸带中穿过，再将 细线两