【高中物理】2023-2024學年人教版必修第一冊 合力與分力 實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律 課件

DISANZHANG第三章第1課時合力與分力實驗：探究兩個

互成角度的力的合成規(guī)律

1.知道共點力的概念，利用等效替代的思想理解合力和分力的關(guān)系(重點)。2.探究兩個互成角度的力合成時遵循的規(guī)律，會根據(jù)平行四邊形定則用作圖法求合力(重難點)。學習目標

學習目標內(nèi)容索引一、合力與分力二、探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律課時對點練三、矢量和標量一合力與分力某班師生在植樹節(jié)給樹澆水，如圖所示，老師一人提著一桶水到現(xiàn)場，放下桶，然后小娟、小明共同提起該桶，準備給樹澆水，老師的拉力為F，小娟、小明作用在桶上的力分別為F1、F2。(1)F與F1、F2共同作用的效果相同嗎？答案相同

(2)判斷力F、F1、F2中哪些力是分力，哪些力是合力。答案F1為F1和F2的合力，F(xiàn)1、F2為F的分力。1.共點力幾個力如果都作用在物體的

，或者它們的作用線

，這幾個力叫作共點力。2.合力和分力假設(shè)一個力單獨作用的

跟某幾個力共同作用的

相同，這個力就叫作那幾個力的

，這幾個力叫作那個力的

。梳理與總結(jié)同一點相交于一點效果效果合力分力3.合力與分力的關(guān)系合力與分力之間是一種

的關(guān)系，合力作用的

與分力共同作用的

相同。4.力的合成和分解在物理學中，我們把求幾個力的合力的過程叫作力的合成，把求一個力的分力的過程叫作力的分解。等效替代效果效果(1)合力與分力都是客觀存在的力。(

)(2)合力F一定與其分力的作用效果相同。(

)(3)合力與分力同時作用于物體上。(

)(4)兩分力一定是同一物體受到的力。(

)×√×√二探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1.實驗原理(1)兩個力F1、F2共同作用，能把橡皮條末端小圓環(huán)拉到某點，一個力F也可以把橡皮條末端的小圓環(huán)拉到

，則F與F1和F2共同作用的____相同，則F等于F1和F2的合力。(2)選擇適當?shù)臉硕龋诎准埳献鞒鯢1、F2和F的圖示，觀察三者間的關(guān)系，做出猜想。(3)進行檢驗，得出結(jié)論。2.實驗器材方木板、白紙、彈簧測力計(兩個)、

、細繩、輕質(zhì)小圓環(huán)、三角板、

、圖釘(若干)、鉛筆。同一點效果橡皮條刻度尺3.實驗步驟(1)在方木板上用圖釘固定一張白紙，如圖甲所示，用圖釘把橡皮條的一端固定在木板上A點，在橡皮條的另一端掛上輕質(zhì)小圓環(huán)。(2)用兩個彈簧測力計分別鉤住小圓環(huán)，互成角度地拉橡皮條，將小圓環(huán)拉到某位置O，用鉛筆描下小圓環(huán)O的位置和細繩的

，并記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)。(3)用一個彈簧測力計拉橡皮條，將小圓環(huán)拉到

，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的

。方向同一位置O方向(4)如圖乙所示，利用刻度尺和三角板，按適當?shù)臉硕茸鞒鲇脙蓚€彈簧測力計拉時的拉力F1和F2的圖示以及用一個彈簧測力計拉時的拉力F的圖示，觀察三者間的關(guān)系。做出猜想：F是以F1、F2為鄰邊的平行四邊形的對角線。以F1、F2為鄰邊畫出

，并畫出對角線F′。(5)進行驗證：比較F與F′的大小和方向，若它們在實驗誤差允許范圍內(nèi)相同，則兩個互成角度的力的合成遵循平行四邊形定則。平行四邊形(6)得出結(jié)論：在兩個力合成時，以表示這兩個力的有向線段為

作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的

就代表合力的大小和方向，如圖所示，

表示F1與F2的合力。這就是平行四邊形定則。鄰邊對角線F4.注意事項(1)彈簧測力計使用前要檢查指針是否指在零刻度線上，否則應校零。(2)被測力的方向應與彈簧測力計軸線方向一致，拉動小圓環(huán)時彈簧不可與外殼相碰或摩擦。(3)在同一次實驗中，小圓環(huán)的位置O一定要相同。(4)在進行實驗時，兩分力F1和F2間夾角不宜過大，也不宜過小，以60°～120°之間為宜。(5)讀數(shù)時應正視、平視刻度。(6)使用彈簧測力計測力時，讀數(shù)應適當大些，但不能超出它的測量范圍。某學生在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗中，將橡皮條的一端固定在A點，另一端拴上兩根細繩，每根細繩分別連著一個量程為5N、最小分度為0.1N的彈簧測力計。沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計，當橡皮條的活動端拉到O點時，兩根細繩相互垂直(如圖甲)，這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出。例1(1)由圖可讀得兩個相互垂直的拉力大小為F1＝______N，F(xiàn)2＝______N。4.002.50由題圖甲可知，豎直方向上的彈簧測力計的讀數(shù)為2.50N，水平方向上的彈簧測力計的讀數(shù)為4.00N。讀數(shù)要估讀到最小刻度的后一位。(2)在方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力，并求出合力的近似值F＝_______N。因為讀數(shù)2.50N、4.00N均是0.50N的整數(shù)倍，所以選方格紙中一個小方格的邊長表示0.50N，應用平行四邊形定則，即可畫出兩個力以及它們的合力，如圖所示。對角線長度約為9.4格，即合力約為4.70N。4.70答案見解析圖

某同學用如圖甲所示的裝置“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”。將一木板豎直放在鐵架臺和輕彈簧所在平面后，其部分實驗操作如下，請完成下列相關(guān)內(nèi)容：例2(1)如圖甲，在木板上記下懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置O；(2)卸下鉤碼然后將兩細繩套系在彈簧下端，用兩只彈簧測力計將輕彈簧末端拉到同一位置O，記錄細繩套AO、BO的________及兩彈簧測力計相應的讀數(shù)。圖乙中B彈簧測力計的讀數(shù)為________N；方向11.40根據(jù)實驗原理可知，本實驗要記錄兩分力的大小、方向及合力的大小、方向，其中力的大小通過彈簧測力計的讀數(shù)獲得，力的方向通過細繩套方向獲得，故需要記錄AO、BO的方向；根據(jù)彈簧測力計的讀數(shù)規(guī)則可得題圖乙中B彈簧測力計的讀數(shù)為11.40N。(3)該同學在坐標紙上畫出兩彈簧測力計拉力FA、FB的大小和方向，如圖丙所示，請在圖丙中作出FA、FB的合力F。丙答案見解析圖以O(shè)FA和OFB兩條表示力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，再作出兩鄰邊所夾對角線，即理論合力F，如圖所示。(4)通過第(3)問作出的圖可得出什么結(jié)論：________。見解析在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，兩共點力的合成遵循平行四邊形定則。

(2022·北京市東城區(qū)高一期末)某同學用如圖所示裝置做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，橡皮筋的一端固定在水平木板上的P點，另一端系有兩個繩套。實驗中先用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮筋，將橡皮筋結(jié)點拉至某一位置O。再只用一個彈簧測力計，通過繩套把橡皮筋結(jié)點拉到與前面相同的位置O。(1)為完成該實驗，下述必須有的步驟是________。(填正確選項前的字母)A.測量細繩的長度

B.測量橡皮筋的原長C.記錄彈簧測力計的示數(shù)

D.記錄結(jié)點O的位置E.通過細繩記錄拉力的方向例3CDE(2)下列關(guān)于操作過程的說法正確的是_______。(填正確選項前的字母)A.橡皮筋、彈簧測力計和細繩應位于與木板平行的同

一平面內(nèi)B.兩細繩之間的夾角一定要取90°，以便計算合力的

大小C.拉橡皮筋的細繩要短一些，標記同一細繩方向的兩點要近一些D.彈簧測力計的示數(shù)適當大些有利于減小誤差E.同一次實驗中，用一只彈簧測力計拉橡皮筋時，結(jié)點的位置必須與用

兩只彈簧測力計拉時的位置重合ADE(3)“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結(jié)點，OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。①圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是_______。②本實驗采用的科學方法是______。A.理想實驗法

B.等效替代法C.控制變量法

D.建立物理模型法F′B三矢量和標量1.矢量既有大小又有

，相加時遵從

的物理量。2.標量只有大小，沒有

，相加時遵從算術(shù)法則的物理量。方向平行四邊形定則方向?qū)κ噶亢蜆肆康睦斫?，下列選項正確的是A.矢量和標量的區(qū)別只是有無方向，運算法則是一樣的B.矢量和標量的區(qū)別不僅是有無方向，運算法則也不同C.位移、時間都是矢量D.質(zhì)量、路程和速度都是標量例4√四課時對點練考點一合力與分力1.(2023·桂林十八中高一期中)以下說法正確的是A.分力與合力同時作用在物體上B.作用在不同物體上的兩個力F1、F2也可以合成C.共點力不一定作用于物體上的同一點D.作用于同一物體上的所有力都是共點力123456基礎(chǔ)對點練√為研究方便，可采用分力與合力的等效代替對物體進行研究，并非分力與合力同時作用在物體上，故A錯誤；只有同一個物體受到的力才能合成，B錯誤；作用在同一物體上，延長線或反向延長線相交于同一點的幾個力稱為共點力，這幾個力并非一定要作用在同一點，故C正確；若物體不能看成質(zhì)點，作用在物體上的各個力不一定都相交于同一點，故D錯誤。123456考點二探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律2.(2022·揚州市高一期末)如圖所示，在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗中，正確的要求是A.彈簧測力計在使用前應校零B.兩個分力F1、F2的方向一定要垂直C.兩次拉橡皮條時，只需保證橡皮條伸長量相同即可D.應作力的示意圖來表示分力與合力123456√123456彈簧測力計在使用前應校零，選項A正確；兩個分力F1、F2的方向不一定要垂直，選項B錯誤；兩次拉橡皮條時，要保證把橡皮條的結(jié)點拉到相同位置，選項C錯誤；應作力的圖示來表示分力與合力，選項D錯誤。3.(2022·北京市日壇中學模擬)某同學用橡皮條與彈簧測力計驗證“力的平行四邊形定則”，實驗裝置如圖甲所示。其中A為固定橡皮條的圖釘，OB和OC為細繩。(1)本實驗中兩次拉橡皮條的過程，主要體現(xiàn)的科學方法是______。A.理想實驗法

B.等效替代法C.控制變量法

D.建立物理模型法123456B本實驗中兩次拉橡皮條的過程，要求兩次將橡皮條拉到同一位置，拉力的作用效果相同，主要體現(xiàn)的科學方法是等效替代法，故選B。(2)在做本實驗時，下列操作中錯誤的是________。A.同一次實驗過程中O點位置不允許變動B.實驗中，彈簧測力計必須與木板平行，讀數(shù)時視線要

正對彈簧測力計刻度線C.實驗中，先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程，然后只

需調(diào)節(jié)另一彈簧測力計拉力的大小和方向，把橡皮條另一端拉到O點D.實驗中，把橡皮條的另一端拉到O點時，兩彈簧測力計之間夾角應取

90°，以便于算出合力的大小123456CD123456要保證力的作用效果相同，同一次實驗過程中，O點的位置不允許變動，故A正確，不符合題意；為減小實驗誤差，在實驗中，彈簧測力計必須保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計的刻度線，故B正確，不符合題意；如果先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程，然后只調(diào)節(jié)另一彈簧測力計拉力的大小和方向，把橡皮條結(jié)點拉到O點，彈簧測力計可能會超過量程，故C錯誤，符合題意；123456實驗中，把橡皮條的結(jié)點拉到O點時，為減小實驗誤差，兩彈簧測力計之間的夾角應適當大些，但是不必須取90°，故D錯誤，符合題意。(3)某一次實驗中，用一個彈簧測力計拉橡皮條使橡皮條與細繩的結(jié)點到達O點，彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示，此時橡皮條的彈力大小為_______N。1234564.00該彈簧測力計的分度值為0.1N，根據(jù)題圖，讀數(shù)為4.00N。(4)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，該同學畫出如圖丙所示的圖，圖中_____是F1、F2合力的理論值(填“F”或“F′”)。123456F在處理數(shù)據(jù)時，F(xiàn)1、F2合力的理論值是根據(jù)力的圖示，利用平行四邊形定則作圖表示出來的，故F是F1、F2合力的理論值。(5)實驗中，如果將細繩換成橡皮條，O點沿OB、OC方向的拉力仍等于彈簧測力計的讀數(shù)，則實驗結(jié)果________發(fā)生變化。(選填“會”或“不會”)123456在實驗中，如果將細繩換成橡皮條，不會影響分力的大小與方向，那么實驗結(jié)果不會發(fā)生變化。不會4.(2022·杭州市高一期末)如圖甲，某同學用彈簧OC和彈簧測力計a、b做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗。123456能力綜合練(1)在保持彈簧OC伸長1.00cm，且彈簧兩端點位置不變的條件下，若彈簧測力計a、b間夾角為90°，彈簧測力計a示數(shù)如圖乙，則彈簧測力計a的讀數(shù)是______N，若已知彈簧測力計b的讀數(shù)為4.00N，并已在方格紙上作出，請你在所給的方格紙上按作圖法的要求作出彈簧測力計a的拉力及它們的合力。1234562.99答案見解析圖123456由題圖可知彈簧測力計的最小分度值為0.1N，則彈簧測力計a的讀數(shù)應該為2.99N；根據(jù)平行四邊形定則及力的圖示的要求，可作出彈簧測力計a的拉力及它們的合力如圖所示；(2)如圖丁是某同學所作的合力與分力的關(guān)系圖，則實際的合力是______，一定沿CO方向的是_____。(均選填“F”或“F′”)123456F′F′由于存在誤差，實際的合力一般不嚴格與分力構(gòu)成的平行四邊形的對角線重合，而是有一定的偏差，因此實際的合力是F′，一定沿CO方向的是F′。5.(2022·鎮(zhèn)江市高一期末)在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗中，實驗裝置及過程如圖甲、乙、丙所示，E為橡皮筋原長時小圓環(huán)的位置，O為實驗時小圓環(huán)被拉至的位置。(1)圖丁中彈簧測力計的示數(shù)為_______N;1234562.35彈簧測力計最小分度為0.1N，讀數(shù)要讀到0.01N，圖中讀數(shù)為2.35N。(2)在實驗過程中，必須記錄的有________；A.甲圖中E的位置

B.乙圖中O的位置C.OB、OC的方向

D.彈簧測力計的示數(shù)123456BCD必須要記錄的有F、F1和F2的大小和方向，力的大小通過彈簧測力計讀出，兩次都要將小圓環(huán)拉到O點位置，所以必須記錄的有B、C、D。(3)下列選項中，與本實驗要求相符的是______；A.兩細繩OB、OC夾角越大越好B.讀數(shù)時，視線應正對彈簧測力計的刻度C.實驗時，只需保證兩次橡皮筋伸長量相

同即可123456B123456兩細繩OB、OC夾角要適當大一些，但不能太大，故A錯誤；讀數(shù)時，視線應正對彈簧測力計的刻度，規(guī)范操作，故B正確；實驗時，不僅要保證兩次橡皮筋伸長量相同，還必須都是沿GO方向伸長至O點才行，故C錯誤。(4)某次實驗記錄紙如圖戊所示，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點，拉力F的方向過P點；三個力的大小分別為：F1＝2.70N、F2＝2.30N和F＝4.00N。得出正確實驗結(jié)論后，請根據(jù)實驗結(jié)論和圖中給出的標度：1234564.00答案見解析圖①在圖中作出F1和F2的合力；②根據(jù)作圖法求出該合力為________N。由于標度已經(jīng)選定，作圖時要保證表示F1、F2的線段長度為標度的2.7倍和2.3倍，作圖如下

123456量出作圖法求出的合力長度約為標度的4.00倍，所以合力大小為4.00N。6.某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。實驗步驟：①將彈簧測力計固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。②如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧測力計的掛鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧測力計示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標記為O1、O2，記錄彈簧測力計的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。123456尖子生選練每次將彈簧測力計示數(shù)改變0.50N，測出所對應的l，部分數(shù)據(jù)如下表所示：F(N)00.50