《实验：探究两个互成角度的力的合成规律》课件

实验:探究两个互成角度的力的合成规律第三章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标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.进一步练习作图法求两个共点力的合力。(科学思维)思维导图实验必备•自主学习一、实验器材方木板、白纸、___________(两个)、橡皮条、小圆环、细绳套(两个)、三角板、_______、图钉(若干)、铅笔．二、实验思路1．实验的基本思想——________法．2．实验思路(1)记录分力：通过两个弹簧测力计互成角度地_____拉动小圆环处于某一点，记录F1、F2.(2)记录合力：改用一个__________单独拉住小圆环，仍使小圆环处于同一位置，记录F.(3)观察图形：用力的图示法画出拉力F1、F2和F.用虚线把拉力F的箭头分别与F1、F2的箭头连接，观察所围成的形状像不像一个________形．弹簧测力计刻度尺等效替代共同弹簧测力计平行四边3．进行实验(1)两组物理量的测量：①分力的测量：测量分力F1大小和方向、F2大小和方向．②合力的测量：测量合力F大小和方向．(2)画四边形．三、实验步骤三、实验步骤1．装置安装：在方木板上用图钉______一张白纸，如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，在小圆环上系两个细绳套，橡皮条另一端固定，长度为GE.2．两个弹簧测力计的使用：如图乙，用手通过两个__________互成角度地共同拉动小圆环，使小圆环处于O点，橡皮条伸长的长度为OE.用铅笔描下________、细绳套的______，并记录两弹簧测力计的_____．3．一个弹簧测力计的使用：如图丙，改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使它处于O点，记下弹簧测力计的______和细绳套的_____．固定弹簧测力计O点位置方向读数读数方向4．观察图形：如图丁，由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F.用虚线把拉力F的箭头分别与F1、F2的箭头_____，能看到所围成的形状像是一个________形．5．重复实验：用作图工具进行检验，并改变拉力F1和F2的大小和方向，重做实验，检验所围成的图形是不是平行四边形．连接平行四边四、数据收集与分析1．分力数据的收集：两个弹簧测力计互成角度，拉力F1大小和方向、F2大小和方向．2．合力数据的收集：一个弹簧测力计，拉力F的大小和方向．3．实验结论：以F1、F2为邻边，F为对角线所围成的四边形形状是平行四边形，所以两个互成角度的力的合成遵循平行四边形定则．五、注意事项1．位置不变：在同一次实验中，两次拉长橡皮条时结点的位置一定要相同．2．拉力方向及记录：在使用弹簧测力计时，应通过细绳套拉动小圆环，这时，弹簧与木板面平行，避免弹簧与弹簧测力计外壳有摩擦；为了提高实验精度，细绳略长一些好，以便更好地确定拉力的方向．3．角度合适：有两个弹簧测力计拉橡皮条时，两拉力的夹角不要太大，也不要太小，在60°～120°为宜，作力的图示时，标度要适当大些．4．拉力合适：在满足拉力不超过弹簧测力计的量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应该使拉力尽量大一些，以减小实验误差．课堂篇探究学习问题一实验原理与操作[情境探究]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F。(2)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的实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如图所示)。实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项:A.两根细绳必须等长B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D.用两个弹簧测力计拉绳套时,两测力计示数要保持相同E.用两个弹簧测力计拉绳套时,两测力计拉力方向要互成90°角,便于求两个力的合力其中正确的是

(填字母)。

解析

在本实验中细绳只记录作用力的方向,两绳不必等长;两力合成时,其合力方向不一定在两分力的夹角平分线上,因此,不必使橡皮条与两绳夹角的平分线在同一直线上,实验时弹簧测力计应与木板平面平行,使读数与绳作用力相等,则C项正确,A、B错误;两测力计拉绳套时,两力的大小可以不同,两力的方向也不一定要互相垂直,夹角不宜太大,也不宜太小,D、E错误。答案

C问题二数据处理与误差分析[情境探究]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,直至读数相同为止。(2)①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。②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。③读数时应正对、平视刻度。④两弹簧测力计同时拉细绳时,夹角适当大些,但也不能过大。[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。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。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60°~100°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(浙江宁波高一期末)在探究两个互成角度的力的合成规律的实验中,(1)下列操作有利于减小实验误差的是

。

A.两个分力的夹角尽量大于150°B.拉橡皮条时,拉力要适当大些C.拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板D.确定拉力方向时,在细绳正下方描出的两个点要适当远些(2)某次实验时两个分力大小分别为2.00N和1.50N,夹角小于90°,若实验操作无误,其合力的读数为如图所示中的一个,则正确的读数为

N。

解析

(1)两个分力的夹角尽量大小合适,不能太大,也不要太小,故A错误;拉橡皮条时,拉力要合适,太大容易超过橡皮条的弹性限度,故B错误;为了减小实验误差,拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板,故C正确;确定拉力方向时,在细绳正下方描出的两个点要适当远些,这样确定的方向误差更小,故D正确。(2)在探究两个互成角度的力的合成规律的实验中两个分力之间的夹角既不能太大,也不能太小,所以一般取该夹角在30°~90°之间。如果某次实验时两个分力大小分别为2.00

N和1.50

N,夹角为直角时合力的大小,由于夹角为锐角,所以这两个力的合力应大于2.50

N,有可能是3.00

N。答案

(1)CD

(2)3.00N变式训练2做验证力的平行四边形定则的实验时:(1)除已有的器材(方木板、白纸、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外,还必须有

和

。

(2)下列操作正确的是(

)A.每次将橡皮条结点拉到同样的位置B.每次把橡皮条拉直C.每次准确读出弹簧测力计的示数D.每次记准细绳的方向(3)在验证力的平行四边形定则实验中得到如下数据,请根据选择的标度在方框中作图完成实验数据的处理。答案

(1)弹簧测力计

橡皮条(2)ACD

(3)作图如下:

随堂检测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.(福建宁德高一期末)某同学用如图所示的实验装置来探究力的平行四边形定则。如图甲所示,先用两根弹簧测力计一起拉橡皮筋,使橡皮筋伸长到O点;再改用一根弹簧测力计拉橡皮筋,也使橡皮筋伸长到O点。实验时,分别读出弹簧测力计的示数,并在贴于木板的白纸上记录O点的位置及拉线的方向。(1)本次实验需要用到带细绳套的橡皮筋,图乙中最合适的是

;

(2)某次弹簧测力计的指针位置如图丙所示,弹簧测力计示数为

N;

(3)某同学在坐标纸上画图求合力,如图丁所示,已知两个力F