人教版高中物理必修第一冊第3章相互作用-力4第2課時實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律課件

4.力的合成和分解第2課時實驗:探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗探究·新知導學典例精講·釋疑解惑課堂小結(jié)隨堂練習課標定位1.會通過實驗探究互成角度的兩個力合成所遵從的規(guī)律。2.練習用作圖法求兩個力的合力。素養(yǎng)闡釋1.能從等效替代的角度提出實驗思路,培養(yǎng)科學思維。2.通過實驗探究,培養(yǎng)探究能力和實驗能力。

實驗探究·新知導學一、實驗目的1.練習用作圖法求兩個力的合力。2.練習使用彈簧測力計。3.探究互成角度的兩個力合成所遵從的規(guī)律——平行四邊形定則。二、實驗原理1.若用一個力F'或兩個力F1和F2共同作用都能把橡皮條沿同一方向拉伸至相同長度,即力F'與F1、F2共同作用的效果相同,那么F'為F1、F2的合力。2.用彈簧測力計分別測出F'和F1、F2的大小,并記下它們的方向,作出F'和F1、F2的圖示,以F1、F2的圖示為鄰邊作平行四邊形,其對角線即為用平行四邊形定則求得的F1、F2的合力F。3.比較F'與F,若它們的長度和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相同,則可以證明互成角度的兩個力合成遵從平行四邊形定則。三、實驗器材方木板一塊、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、細芯鉛筆。四、實驗步驟1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上。2.用圖釘把橡皮條的一端固定在A點,橡皮條的另一端拴上兩個細繩套。3.用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條的結(jié)點伸長到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2,用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩的方向。4.只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計的讀數(shù)F'和細繩套的方向。5.改變兩個力F1和F2的大小和夾角再重復實驗幾次。五、數(shù)據(jù)處理1.用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細繩套的方向畫直線,按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形,過O點畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖示。2.用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的F'的方向作出這只彈簧測力計的拉力F'的圖示。3.比較F'和根據(jù)平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同。六、誤差分析1.誤差來源除彈簧測力計本身的誤差外,還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等。2.減小誤差的方法(1)實驗過程中讀數(shù)時眼睛一定要正視彈簧測力計的刻度。(2)作圖時借助三角板,表示兩力的對邊一定要平行。因兩個分力F1、F2間的夾角θ越大,用平行四邊形定則作出的合力F與F'的誤差ΔF就越大,所以,實驗中不要把θ取得太大,但也不宜太小,以60°~120°之間為宜。

典例精講·釋疑解惑一、實驗原理和實驗操作【例題1】

某同學做驗證力的平行四邊形定則的實驗情況如圖甲所示,其中A點為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結(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)如果沒有操作失誤,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(3)實驗時,主要的步驟是:A.在桌上放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木板上;B.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點,在橡皮條的另一端拴上兩條細繩,細繩的另一端系著繩套;C.用兩彈簧測力計分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結(jié)點到達某一位置O,記錄下O點的位置,讀出兩個彈簧測力計的示數(shù);D.按選好的標度,用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則求出合力F;E.只用一個彈簧測力計,通過細繩套拉橡皮條使其伸長,讀出彈簧測力計的示數(shù),記下細繩的方向,按同一標度作出這個力F'的圖示;F.比較F'和F的大小和方向,看它們是否相同,得出結(jié)論。上述步驟中,有重要遺漏的步驟的序號是

和

;遺漏的內(nèi)容分別是

和

。

答案:(1)F'(2)B(3)C

E

C中應加上“記下兩條細繩的方向”

E中應說明“把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O”解析:(1)由一個彈簧測力計拉橡皮條至O點的拉力一定沿AO方向;而兩個彈簧測力計拉橡皮條至O點的拉力,根據(jù)平行四邊形定則作出兩彈簧測力計拉力的合力,由于存在誤差,F不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F'。(2)一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同,它們的作用效果可以等效替代,故B正確。(3)根據(jù)驗證力的平行四邊形定則實驗的操作規(guī)程可知,有重要遺漏的步驟的序號是C、E。在C中未記下兩條細繩的方向,E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O。二、實驗數(shù)據(jù)處理【例題2】

某探究小組做驗證力的平行四邊形定則實驗,將畫有坐標軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1mm)的紙貼在桌面上,如圖甲所示。將橡皮條的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點時,橡皮條處于原長。(1)用一只測力計將橡皮條的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O,此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數(shù)如圖乙所示,F的大小為

N。

(2)撤去(1)中的拉力,橡皮條P端回到A點;現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮條,再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖甲中兩條虛線所示的方向,由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1=4.2N和F2=5.6N。①用5mm長度的線段表示1N的力,以O為作用點,在圖甲中畫出力F1、F2的圖示,然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合。②F合的大小為

N。

若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi),則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。答案:(1)4.0(2)①見解析圖

②3.8解析:(1)題圖乙中彈簧測力計的精度為0.2

N,則示數(shù)為4.0

N。(2)用5

mm長的線段表示1

N的力,F2對應的長度為2.8

cm,F1對應的長度為2.1

cm,根據(jù)平行四邊形定則作出的圖形如圖所示;測出F合的長度為1.9

cm,則F合的大小為3.8

N。三、創(chuàng)新型實驗【例題3】

一同學用電子秤、水杯、細線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品,在家中驗證力的平行四邊形定則。(1)如圖甲所示,在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水杯,記下水杯

時電子秤的示數(shù)F。

(2)如圖乙所示,將三根細線l1、l2、l3的一端打結(jié),另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水杯上。水平拉開細線l1,在白紙上記下結(jié)點O的位置、

和電子秤的示數(shù)F1。

(3)如圖丙所示,將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上,并將l1拴在墻釘B上。手握電子秤沿著(2)中l(wèi)2的方向拉開細線l2,使

和三根細線的方向與(2)中重合,記錄電子秤的示數(shù)F2。

(4)在白紙上按一定標度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示,根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F'的圖示,若

,則力的平行四邊形定則得到驗證。

答案:(1)靜止

(2)三根細線的方向

(3)結(jié)點O的位置

(4)F和F'在誤差允許的范圍內(nèi)重合解析:(1)要測量裝滿水的水杯的重力,則應記下水杯靜止時電子秤的示數(shù)F。(2)要畫出平行四邊形,則需要記錄分力的大小和方向,所以在白紙上記下結(jié)點O的位置的同時,也要記錄三根細線的方向以及電子秤的示數(shù)F1。(3)已經(jīng)記錄了一個分力的大小,還要記錄另一個分力的大小,則結(jié)點O的位置不能變化,力的方向也都不能變化,所以應使結(jié)點O的位置和三根細線的方向與(2)中重合,記錄電子秤的示數(shù)F2。(4)根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F'的圖示,若F和F'在誤差允許的范圍內(nèi)重合,則力的平行四邊形定則得到驗證。課堂小結(jié)隨堂練習1.(實驗原理)在驗證力的平行四邊形定則的實驗中,某同學的實驗情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結(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

是力F1和F2的合力的理論值;

是力F1和F2的合力的實驗測量值。

(2)在實驗中,如果將細繩也換成橡皮條,那么實驗結(jié)果

(選填“會”或“不會”)發(fā)生變化。

答案:(1)F

F'

(2)不會解析:(1)以F1、F2為鄰邊所作平行四邊形的對角線F是理論值,在實驗前并不認為它就是合力,F'是實驗的合力,由于F'起到的效果與F1、F2共同作用的效果相同,所以F'是F1、F2的合力的實驗測量值。(2)若將細繩換成橡皮條,實驗結(jié)果不會發(fā)生變化。2.(實驗原理)(1)在做驗證力的平行四邊形定則的實驗中,有同學各自畫了以下力的圖示,圖中F1、F2是用兩只彈簧測力計同時拉橡皮條時各自的拉力,F'是用一只彈簧測力計拉橡皮條時的拉力;畫出了F1、F2、F'的圖示,以表示F1、F2的有向線段為鄰邊畫平行四邊形,以F1、F2交點為起點的對角線用F表示,在以下四幅圖中,只有一幅圖是合理的,這幅圖是

。

(2)在做完實驗后,該同學回顧實驗操作過程,并在筆記本上記下如下幾條體會,你認為他的體會中正確的是

。

A.兩根細繩套必須等長B.用兩只彈簧測力計拉橡皮條時,兩測力計的示數(shù)要相同C.若F1、F2方向不變,而大小各增加1N,則合力的方向也不變,大小也增加1ND.用兩只彈簧測力計拉橡皮條時合力的圖示F與用一只彈簧測力計拉橡皮條時圖示F'不完全重合,在誤差允許的范圍內(nèi),可以說明“力的平行四邊形定則”成立答案:(1)B

(2)D解析:(1)根據(jù)實驗的操作步驟,以表示兩個分力的有向線段為鄰邊作平行四邊形的對角線可能會偏離用一只彈簧測力計拉橡皮條時拉力的方向,用一只彈簧測力計拉橡皮條時拉力的方向一定和橡皮條共線,可知圖B正確。(2)兩根細繩套不一定必須等長,選項A錯誤;用兩只彈簧測力計拉橡皮條時,兩測力計的示數(shù)不一定要相同,選項B錯誤;若F1、F2方向不變,而大小各增加1

N,則合力的方向可能會改變,大小也不一定增加1

N,選項C錯誤;用兩只彈簧測力計拉橡皮條時合力的圖示F與用一只彈簧測力計拉橡皮條時圖示F'不完全重合,在誤差允許的范圍內(nèi),可以說明“力的平行四邊形定則”成立,選項D正確。3.(實驗步驟)某同學用如圖所示的實驗裝置來探究求合力的方法。彈簧測力計A掛于固定點P,下端用細線掛一重物C。彈簧測力計B的一端用細線系于O點,手持另一端向左拉,使結(jié)點O靜止在某位置。分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線方向。(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N,圖中A的示數(shù)為

N。(2)下列不必要的實驗要求是

(請?zhí)顚戇x項前對應的字母)。A.應測量重物C所受的重力B.彈簧測力計應在使用前校零C.拉線方向應與木板平面平行D.改變拉力,進行多次實驗,每次都要使O點靜止在同一位置(3)某次實驗中,該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍微超出量程,請你提出兩個解決方法。①

。

②

。

答案:(1)3.6

(2)D

(3)①改變彈簧測力計B拉力的大小

②減小重物C的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計、改變彈簧測力計B拉力的方向等)解析:(1)由彈簧測力計可讀出數(shù)據(jù)為3.6

N。(2)因為只要O點受力平衡,三個力的合力為零即可,沒有必要每次都要使O點靜止在同一位置,故選D。(3)減小重物C的質(zhì)量,可使彈簧測力計的讀數(shù)減小,將A更換成較大量程的彈簧測力計以及改變彈簧測力計B拉力的方向也可。4.(數(shù)據(jù)處理)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0~5N、分度值為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,如圖甲所示。這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出。(1)由圖可讀出兩個相互垂直的拉力的大小分別為

N和

N。(只需讀到0.1N)

(2)在圖乙的方格紙上畫出這兩個力及它們的合力。答案:(1)4.0

2.5

(2)如圖所示解析:由題圖可知,豎直方向的彈簧測力計的讀數(shù)為2.5

N,水平方向的彈簧測力計的讀數(shù)為4.0

N。因為讀數(shù)2.5

N、4.0

N均是0.5

N的整數(shù)倍,因此,選方格紙中一個小方格的邊長表示0.5

N的力,應用平行四邊形定則,即可畫出兩個力以及它們的合力。5.(數(shù)據(jù)處理)某同學在學完“力的合成和分解”后,想在家里做實驗驗證力