《实验：探究两个互成角度的力的合成规律》课件

6.实验：探究两个互成角度的力的合成规律实验必备•自主学习精析典例•素养提升评价检测•素养达标新课程标准1．探究两个互成角度的力的合成规律．2．学会用作图法处理实验数据和得出实验结论．核心素养目标科学思维会用作图法处理实验数据．科学探究通过实验得出平行四边形定则．科学态度与责任尊重客观事实，养成实事求是的科学态度．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,沿细绳方向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.(广东清远高一期末)某实验小组做验证力的平行四边形定则的实验,步骤如下:(1)将橡皮条的一端固定在水平木板上,用弹簧测力计将橡皮条的另一端水平拉到某点,将该点确定为“O”点,此时拉力F的大小如图所示,其示数为

N。通过一系列实验,成功验证了力的平行四边形定则。

(2)现使用两只弹簧测力计互成角度同时水平拉橡皮条,将橡皮条的另一端拉到某点,记下这两个拉力的方向,由弹簧测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=3.0N和F2=4.0N。若用量角器量得这两个力之间的夹角恰好为90°,则这两个力的合力大小为

N。

解析

(1)拉力F的示数为3.6

N;(2)两个力的合力大小答案

(1)3.6

(2)5.0精析典例•素养提升类型一实验操作及数据处理典例示范例1以下是某实验小组“探究两个互成角度的力的合成规律”的过程．(1)首选进行如下操作：①如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE；②如图乙，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环．小圆环在拉力F1、F2的共同作用下，位于O点，橡皮条伸长的长度为EO；③撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使其位于O点，如图丙．同学们发现，力F单独作用，与F1、F2共同作用的效果是一样的，都使小圆环保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同，即____________，所以F等于F1、F2的合力．

相同的作用效果【解析】

橡皮条对小圆环的拉力相同，即相同的作用效果．(2)然后实验小组探究了合力F与分力F1、F2的关系：①由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F(三个力的方向沿各自拉线的方向，三个力大小由弹簧测力计读出)；②用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，如图丁，得到的启示是________________；③多次改变拉力F1、F2的大小和方向，重做上述实验，通过画各力的图示，进一步检验所围成的图形．实验小组发现：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作________________．可能构成平行四边形平行四边形定则【解析】

②得到的启示是可能构成平行四边形．③表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫做平行四边形定则．针对训练1

完成“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的几个主要步骤：(1)如图甲，用两个弹簧测力计分别钩住细绳，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，记下结点O的位置，两弹簧测力计的读数F1、F2以及两细绳的方向．(2)如图乙，用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条的结点拉到________，记下细绳的方向(如图丙中的c)，读得弹簧测力计的示数F＝________．同一位置4.0N解析：用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条的结点拉到同一位置O，记下细绳的方向，由图乙可读得弹簧测力计的示数F＝4.0N.(3)如图丙，按选定的标度作出了力F1、F2的图示，请在图丙中：①按同样的标度作出力F的图示．②用虚线把F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，能看到所围成的形状像是一个___________．平行四边形解析：①作出力F的图示如图所示．②F1、F2和F的箭头端连接后如图所示，围成的图形像平形四边形．针对训练2

小明利用图(甲)所示的方法做“探究二力合成的规律”实验．(1)实验所用的一只弹簧测力计如图(乙)所示，在用它测力前应对它进行的操作是________．调零解析：弹簧测力计指针不在零位置，故在用它测力前应对它进行的操作是调零．(2)实验得到的数据如(丙)图所示，小明用虚线把F的箭头末端分别与F1、F2的箭头末端连接起来；观察图形后，他觉得所画的图形很像平行四边形．至此，为正确得出求合力的一般方法，你认为小明接下来应该做些什么？(至少写两点)①_______________________________________________________.②_______________________________________________________.改变F1、F2的大小和方向，重复上述实验，验证猜想把橡皮筋结点拉到另一位置，由对应的F1、F2和F验证猜想解析：(2)根据所画的图形很像平行四边形这一事实，小明接下来应该做以下事情：①改变F1、F2的大小和方向，把橡皮筋结点拉到同一位置重复上述实验，验证猜想；②把橡皮筋结点拉到另一位置，测出对应的F1、F2和F，验证猜想；③与同学交流，得出合理结论．类型二创新型实验典例示范例2[河北张家口高一月考]很多物理实验，利用身边的生活物品就可操作．一同学用电子秤、镜框、细线和贴在墙上的白纸等物品，在家中探究力的平行四边形定则．(1)如图甲所示，在电子秤下端悬挂一镜框，记下镜框______时电子秤的示数F；(2)如图乙所示，将三条细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在两个电子秤挂钩、镜框上，互成角度地拉开细线L1、L2，使镜框静止．在白纸上记下结点O的位置和细线L1、L2、L3的_____以及两个电子秤的示数F1、F2；(3)在白纸上按一定标度在O点作出拉力F(沿L3方向向上)、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，比较F′与____的大小和方向，即可判断力的平行四边形定则是否成立．静止方向F【解析】当用三条细线悬挂镜框时，细线L1、L2的拉力F1、F2的作用效果与F作用效果相同，比较根据平行四边形定则作出的F1、F2的合力F′与F的关系即可判断平行四边形定则是否成立．针对训练3

某学生实验小组设计了一个“探究两个互成角度的力的合力的关系”的实验，装置如图1所示，在竖直放置的木板上部附近两侧，固定两个力传感器，同一高度放置两个可以移动的定滑轮，两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接，在两细绳连接的结点O处下方悬挂钩码，力传感器1、2的示数分别为F1、F2，调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳间的夹角．实验中使用若干相同的钩码，每个钩码的质量均为100克，取g＝9.8m/s2.(1)关于实验，下列说法正确的是_____．A．实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内B.每次实验都必须保证结点位于O点C．实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向D．实验时还需要一个力传感器单独测量悬挂于O点钩码的总重力AC

解析：

本实验重力在竖直方向上，要在竖直平面内作平行四边形，则实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，故A正确；因为要画平行四边形，则需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向，但钩码重力、两力传感器的示数和三绳的方向都已知，所以不必保证结点每次都在同一位置，故B错误、C正确；因为每个钩码的重力已知，所以不需要用力传感器测钩码总重力，故D错误；故选A、C.(2)根据每次实验得到的数据，该同学已经按照力的图示的要求画出了F1、F2(如图2所示)，请你作图得到F1、F2的合力F(只作图，不求大小)，并写出该合力不完全竖直的一种可能原因____________________________.定滑轮有摩擦(或木板未竖直放置)解析：

根据平行四边形定则作出合力F如图所示：由于定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等原因导致该合力不完全竖直．评价检测•素养达标1.在进行“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，用如图(a)所示的两个力拉弹簧使之伸长至某一位置，并适当调整力的方向，使两力之间的夹角为90°.(图中钩码规格相同)(1)换用一根线牵引弹簧如图(b)，使弹簧的伸长量与两个力作用时相同，此时需要挂___个与图(a)中相同规格的钩码．(2)你对合力与分力遵循什么样的规律作出的猜想是______________________________________．(3)本实验采用的科学方法是____．A．理想实验B．等效替代C．控制变量D．物理模型5力的合成遵循平行四边形定则(或三角形定则)B解析：(1)设一个钩码的重力为G，图(a)中互成90°的两个力分别为4G和3G，则合力为5G，图(b)中为了保持拉力的作用效果相同，故要挂5个相同的钩码．(2)根据3、4、5个钩码及夹角的关系，可知猜想出力的合成遵循平行四边形定则或三角形定则．(3)该实验保证合力与几个分力共同作用的作用效果相同，运用了等效替代法，故选B.2．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，