实验_探究两个互成角度的力的合成规律课件PPT

这是一份实验_探究两个互成角度的力的合成规律课件PPT，共40页。PPT课件主要包含了答案如图所示等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。2.培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。
二、实验原理 互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F'产生相同的效果,看F1、F2用平行四 边形定则求出的合力F与F'在实验误差允许范围内是否相等。
三、实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度 尺、铅笔。
1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2.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。
3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与细绳 的结点伸长到某一位置O,如图所示,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。 
4.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条与细绳套的结点拉到同样 的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再做两次实验。
1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两 只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作 平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即合力F的图示。2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测力计 的拉力F'的图示。3.比较F与F'是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。
1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:将两只弹簧测力计调零后互 钩对拉,读数相同。2.在同一次实验中,使橡皮条拉长时,结点的位置O一定要相同。3.用两只弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不 宜太小,在60°~100°为宜。4.实验时弹簧测力计应与木板平行,读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度,在 合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些。
5.细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直 线,应在细绳套末端用铅笔画一个点,移开细绳套后,再将所标点与O点连接, 即可确定力的方向。6.在同一次实验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使 所作力的图示稍长一些。
1.弹簧测力计本身的误差。2.读数误差和作图误差。
考点一　实验原理与误差分析
例1    [2018天津理综,9(2)]某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验, 所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5 N的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个 较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。①具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有    BC    。A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B.重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同C.使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度
D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力
②该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点 位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如下图所 示。其中对于提高实验精度最有利的是    B    。 
解析　本题考查“验证力的平行四边形定则”实验。①橡皮条的弹力方向不需要在两绳套夹角的角平分线上,选项A错误;重复实 验,结点O的位置与上次实验无关,可以不同,选项B正确;使用测力计时,为避 免弹簧与外壳的摩擦,要求施力方向应沿测力计轴线方向,读数时视线应正对 测力计刻度,选项C正确;拉力小于弹簧测力计的量程即可,选项D错误。②“验证力的平行四边形定则”实验中,在不超测力计量程的前提下,拉力应 尽量大些;确定拉力方向时,所描点应与O点的距离大些;两绳套夹角不能过大 或过小;作图示时,所选标度越小,精度越高。综上所述,应选B。
针对训练1    在“验证力的平行四边形定则”实验中,需要将橡皮条的一端 固定在水平木板上,另一端系上两个细绳套,如图甲所示,实验中先用两个弹 簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条,把橡皮条的一端拉到O点,用 铅笔描下O点位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数,然后只用 一个弹簧测力计,通过细绳套再次把橡皮条的一端拉到O点,记下弹簧测力计 的读数F'和细绳套的方向,作出三个力的图示,如图乙所示。
(1)下列说法正确的是 (    　)A.实验中两个细绳套应适当长一些,可以减小实验误差B.在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向C.在同一次实验中,作力F1、F2的图示时,必须选取同样的标度,而作力F'的图 示时,可以选取不同的标度D.最后,连接F1、F2和F‘三个力的末端,验证所得图形是不是平行四边形
(2)甲同学在做这个实验的时候,两个弹簧测力计的量程都是0~10 N,他把弹 簧测力计校零之后,先测量一个质量为1 kg的物体的重力,发现弹簧测力计的 示数为8.2 N,换用另外一个弹簧测力计测量这个物体的重力,发现示数还是8.2 N,测量重力的操作都是正确的,如果用这两个弹簧测力计进行实验,对实验 结果有影响吗?　没有    (填“有”或“没有”)。乙同学实验后才发现忘记 对这两个弹簧测力计校零,他把两个弹簧测力计平放在实验台上,发现两个弹簧测力计的示数都是0.3 N,乙同学使用的弹簧测力计对实验结果有影响吗? 　有    (填“有”或“没有”)。
解析　(1)拉橡皮条的细绳套适当长一些,方便画出力的方向,可以减小误差, 故A项正确;在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向,否则会 影响拉力大小,故B项正确;在同一次实验中,作力F1、F2的图示时,必须选取同 样的标度,而作力F'的图示时,也必须选取同样的标度,故C项错误;应该是以F 1、F2为邻边作出平行四边形,过O点作出平行四边形的对角线,该对角线表示 合力,比较合力和F'的关系,故D项错误。(2)用两个校零后的弹簧测力计测量同一个物体发现示数相等,用这两个弹簧 测力计进行实验,拉力和示数之比相等,对实验结果没有影响;若两个弹簧测 力计测量前都没有校零,且没有拉力时弹簧测力计的示数都是0.3 N,则用此弹簧测力计测量时,弹力的大小应等于示数减去0.3 N,根据示数作平行四边 形时,误差较大,对实验结果有影响。
例2    某同学通过下述实验研究两个互成角度力的合成规律。实验步骤:①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。 
②如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧测力计示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标 记为O1、O2,记录弹簧测力计的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋 的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N,测出所对应的l,部分数据如表 所示:
③找出②中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O',橡皮筋的 拉力记为FOO'。④在挂钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在挂钩上,如图乙所示。用两圆珠笔 尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使挂钩的下端达到O点,将两笔尖的位置 标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。 
完成下列作图和填空:(1)利用表中数据在图丙的坐标纸上画出F-l图线,根据图线求得l0=　10.0(9.8、9.9、10.1均正确)    cm。 
(2)测得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则FOA的大小为　1.80(1.70~1.90均正确)    N。(3)根据给出的标度,在图丁中作出FOA和FOB的合力F'的图示。 
(4)通过比较F'与    FOO'    的大小和方向,即可得出实验结论。
解析　(1)作出F-l图像,如图1所示,求得直线的横截距即l0,可得l0=10.0 cm。 
(2)可计算橡皮筋的劲度系数k= =  N/m=50 N/m若OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则橡皮筋的弹力为F=kΔx1=50×(6.00+7.60-10.00)×10-2 N=1.80 N则此时FOA=F=1.80 N。(3)FOB=FOA=1.80 N,两力的合力F'如图2所示。
 (4)FOO'的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同,F'是FOA、FOB两个力的 合力,所以通过比较F'和FOO'的大小和方向,可得出实验结论。
针对训练2　在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡 皮筋、细绳套和一把弹簧测力计。(1)为完成实验,某同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,得到的实验数据 如表:
　　根据表中数据在图甲中作出F-x图像并求得该弹簧的劲度系数k=　55(±2内均可)    N/m;(保留两位有效数字) 
(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图乙所示,其读数为　2.10    N;同时利用(1)中结果得弹簧上的弹力大小为2.50 N,请在图丙中画出这两个共点力的合力F合;
(3)由图得到F合=　3.4(±0.2内均可)    N。(保留两位有效数字)
例3　某学生实验小组设计了一个“验证力的平行四边形定则”的实验,装 置如图甲所示,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,每个钩码质量均为100 g,取g=9.8 m/s2。
(1)关于实验,下列说法正确的是    AC    。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O位于同一位置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.实验时还需要用一个力传感器单独测量悬挂于O点钩码的总重力(2)根据某次实验得到的数据,该同学已经按照力的图示的要求画出了F1、F2,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、木板未竖直放置等(回答出一项合理答案即可)    。
解析　(1)实验开始前,需要调节木板使其位于竖直平面内,以保证钩码重力 等于细绳中的拉力,选项A正确;该装置每次实验不需要保证结点O位于同一 位置,选项B错误;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,选项C正确;悬挂于O点钩码的总重力可以根据钩码的质量得出,不需要 力传感器测量,选项D错误。 
(2)利用平行四边形定则作出F1和F2的合力F。该合力方向不完全在竖直方向 的可能原因是定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等。
针对训练3　小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图甲所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力 计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋 时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为:F1=3.30 N、F2=3.85 N和F3= 4.25 N。请根据图中给出的标度作图,求出F1和F2的合力。
(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。实验装置如图乙所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固 定于O点,下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记 录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。
 　　　　　　　　　　　
两次实验记录的轨迹如图丙所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为    Fa=Fb    。
(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结论有哪些?(    　)(填写选项前的字母)A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注 意事项。
答案　橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋(或:拉力不宜过大;选用弹性好的 橡皮筋;换用弹性好的轻弹簧)。
解析　(1)画直线OP1、OP2,按给出的标度作出力F1、F2的图示,以F1、F2为邻 边作平行四边形,过点O画出平行四边形的对角线即F1和F2的合力。(2)分析 端点N受力,设橡皮筋与竖直方向间的夹角为θ,由平衡条件易得橡皮筋的拉 力F= ,可见θ相同时橡皮筋拉力相同。(3)题图丙中ab表示两次拉力相同时橡皮筋的长度之差,易知A错误,B正确。由题图丙中两轨迹间的距离变化 可知,θ越大时长度差越大,结合F= 知对应的拉力越大,故D正确。因同样拉力下橡皮筋第2次长度较长,故同样长度下橡皮筋第2次所受拉力较小,C错