人教版新高考物理一轮总复习--实验3　探究两个互成角度的力的合成规律课件PPT

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一、实验目的1.验证力的平行四边形定则。2.理解等效替代思想的应用。
二、实验原理1.等效法:一个力F'的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点,所以一个力F'就是这两个力F1和F2的合力,作出力F'的图示,如图所示。
2.平行四边形法:根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示,如图所示。3.验证:比较F和F'的大小和方向是否相同,若在误差允许的范围内相同,则验证了力的平行四边形定则。
三、实验器材木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)。
四、实验步骤1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的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a、b分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与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的方向。
4.只用一只弹簧测力计c通过细绳套把橡皮条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,再重做实验两次。
五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两细绳方向画直线,按选定的标度作出a、b这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即为合力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c的拉力F'的图示。3.比较F与F'是否完全重合或几乎重合,从而验证平行四边形定则。
六、误差分析1.系统误差:弹簧测力计本身不够准确造成的误差,为此要选择比较准确的弹簧测力计。2.偶然误差:弹簧测力计读数和作图造成偶然误差,需要多做几次实验,并且使两分力F1、F2的夹角适当大些。3.减小误差的办法:(1)实验过程中读数时视线要垂直弹簧测力计的刻度,要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。(2)作图时用刻度尺借助于三角板,使表示两力的对边一定要平行。
七、注意事项1.使用弹簧测力计前,要先观察指针是否指在零刻度处,若指针不在零刻度处,要设法调整使其指在零刻度处;再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如果两个示数相同方可使用。2.实验中的两个细绳套不要太短。3.在同一次实验中,橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。4.用两只弹簧测力计钩住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°之间为宜。5.在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测力计卡壳,防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦。
6.在同一实验中,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。
【例1】 某同学做验证力的平行四边形定则的实验,如图甲所示,A处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。
(1)如果没有操作失误,图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是____________。 
(2)本实验采用的科学方法是____________。 A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法
(3)实验时,主要的步骤:A.在桌上放一块木板,在木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在木板上;B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;C.用两只弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记录下O点的位置,读出两只弹簧测力计的示数;D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;E.只用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F'的图示;F.比较F'和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。
上述步骤中,①有重要遗漏的步骤的序号是__________和__________; ②遗漏的内容分别是__________________________________________和__________________________________________________。 
C中应加上“记下两条细绳的方向”
E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”
解析:(1)由一只弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向;两只弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力,根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力,由于误差的存在,不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F'。(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,它们的作用效果可以等效替代,故B正确。(3)①有重要遗漏的步骤的序号是C、E。②在C中未记下两条细绳的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。
规律总结操作不忘“三”“二”“一”用两只弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置),用一只弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等。
【例2】 某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。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,另一端用圆珠笔尖沿竖直方向下拉,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,部分数据如下表所示:
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FO O'。④在挂钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在挂钩上,如图所示。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)利用表中数据在如图所示的坐标纸上画出F-l图线,根据图线求得l0=____________ cm。 
(9.8、9.9、10.1均正确)
(2)测得lOA=6.00 cm,lOB=7.60 cm,则FOA的大小为____________ N。 (3)根据给出的标度,在图中作出FOA和FOB的合力F'的图示。
(4)通过比较F'与____________的大小和方向,即可得出实验结论。 
(1.70~1.90均正确)
规律总结1.数据处理——作图法在探究求合力的方法实验中,由作图法得到的合力F与实际测量得到的合力F'不可能完全重合,只要在误差范围内可以认为合力F与合力F'重合,即可验证平行四边形定则,如图所示。
2.误差分析(1)用两个弹簧测力计拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计不在同一个平面内,这样得到的两个弹簧测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力要小。(2)结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准,造成作图的误差。(3)作图比例不恰当造成作图误差。
【例3】 (2020·福建宁德质检)某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材研究两个互成角度力的合成规律,设计的实验装置如图所示。固定在竖直木板上的量角器直边水平,橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点,另一端系绳套1和绳套2。
(1)实验步骤如下:①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O点,记下弹簧测力计的示数F;②弹簧测力计挂在绳套1上,手拉着绳套2,缓慢拉橡皮筋,使橡皮筋的结点达到O点,此时绳套1沿0°方向,绳套2沿120°方向,弹簧测力计的示数为F1;③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1'=____________; ④比较________________________,即可初步验证力的平行四边形定则。
(2)将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向,同时绳套2沿120°方向不变,此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动,关于绳套1的拉力大小的变化,下列结论正确的是____________。 A.逐渐增大B.先增大后减小C.逐渐减小D.先减小后增大
1.(2020·山东日照二模)甲、乙两同学利用橡皮筋和弹簧测力计做互成角度的两个力的合成的实验时,分别画出了某次实验时力的图示,如图所示(力F'是用一只弹簧测力计拉时的图示)。
(1)____________(选填“甲”或“乙”)同学的结果比较符合实验事实; (2)有关此实验,下列叙述正确的是____________。 A.两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B.橡皮筋的拉力是合力,两弹簧测力计的拉力是分力C.两次拉橡皮筋时,需将橡皮筋结点拉到同一位置O,这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D.若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可
解析:(1)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮条拉力的方向有偏差,但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮条拉力一定在同一直线上,故甲符合实验事实。(2)两弹簧测力计的拉力的合力与橡皮筋的拉力大小相等,两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大,故A正确。两弹簧测力计的拉力与橡皮条的拉力的合力为零,它们之间不是合力与分力的关系,故B错误。两次拉橡皮筋时,为了使两次达到效果相同,橡皮筋结点必须拉到同一位置O,故C正确。结点位置不变,合力不变,当一只弹簧测力计的拉力大小改变时,另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向都必须改变,故D错误。
2.(2020·山东肥城模拟)在做探究求合力的方法实验时。(1)该实验所用的一只弹簧测力计如图所示,在用它测力前应对它进行的操作是____________。 
(2)把橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,以下操作正确的是____________。 A.同一次实验过程中,O点位置允许变动B.实验中,弹簧测力计必须与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计刻度C.实验中,先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点D.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两弹簧测力计之间夹角应取90°,以便于算出合力的大小
(3)该实验思想是等效思想,其等效性是指____________。 A.使两分力与合力满足平行四边形定则B.使两次橡皮筋与细绳套的结点都与某点O重合C.使两次橡皮筋伸长的长度相等D.使弹簧测力计在两种情况下发生相同的形变
(4)以下为该同学在作平行四边形时的某一瞬间(刻度尺固定),其中正确的操作是____________。 
解析:(1)为保证实验过程中减小误差,弹簧测力计测量前必须进行欧姆调零。(2)为了使两次拉橡皮筋效果相同,要求两次要将O点拉到同一位置,故A错误。实验中为了减小误差,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时为了减小误差,要求视线要正对弹簧测力计刻度,故B正确。实验中,弹簧测力计的读数大小适当,便于作平行四边形即可,并非要求一定达到最大量程,故C错误。实验过程中两弹簧测力计的夹角要适当,并非要求达到90°,非特殊角度也可,故D错误。(3)在实验中,采用了“等效法”,即要求两次拉橡皮筋到同一点O,从而使橡皮筋产生的形变大小和方向都相同,故A、C、D错误,B正确。(4)在根据平行四边形定则求两个分力的合力时,要保证平行四边形对边完全平行,故A、B错误,C正确。
3.(2020·山东聊城一模)如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则,带有滑轮的方木板竖直放置,为了便于调节绳子拉力的方向,滑轮可以安放在木板上的多个位置。(1)请把下面的实验步骤补写完整:①三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码,调整滑轮在木板上的位置,使得系统静止不动。②把一张画有等间距同心圆的厚纸紧贴木板放置在绳子与木板之间,使得圆心位于绳子结点O处,有足够多等间距同心圆作为画图助手,这样做为的是方便作出力的图示。你认为本实验有必要测量钩码所受的重力大小吗?答:______________(选填“有”或“没有”,不必说明理由)。
③记录三段绳子悬挂的钩码个数以及三段绳子的方向。④根据记录的数据,作出三段绳子上的拉力FA、FB、FC的图示。⑤以表示FA、FB的线段为邻边,画出平行四边形,如果平行四边形的对角线所表示的力与FC近似____________,则在实验误差允许的范围内验证了力的平行四边形定则。