新教材2023年高中物理第3章相互作用__力4力的合成和分解实验探究两个互成角度的力的合成规律课件新人教版必修第一册

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第三章　相互作用——力实验：探究两个互成角度的力的合成规律目标体系构建【课程标准】1．会通过实验探究互成角度的两个力合成所遵从的规律。2．进一步练习作图法求两个共点力的合力。【素养目标】课前预习反馈 1．实验原理(1)合力F′的确定：把一端固定的同一根橡皮条拉伸到某点，一次只用一个力F′的作用，另一次用两个共点力F1与F2的共同作用，则F′为F1和F2的合力。(2)合力理论值F的确定：作出F1和F2的图示，根据平行四边形定则利用作图法求得合力F。(3)平行四边形定则的验证：在实验误差允许的范围内，比较F′和F是否大小相等、方向相同。2．实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔。3．实验过程(1)钉白纸：用图钉把白纸固定在水平桌面上的方木板上。(2)拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。(3)两个力拉：①通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点(如下图所示)。②用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。(4)一个力拉：①只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O。②记下测力计的读数和细绳的方向。(5)重复：改变F1和F2的夹角和大小，再做两次。4．数据处理(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)测量值：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′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否相等。5．操作技巧及注意事项(1)正确使用弹簧测力计①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，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止。②弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用。③使用前要检查指针是否在零刻度线上，否则应校正零位。④被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。⑤读数时应正对、平视刻度。(2)实验注意事项①不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置。②互成角度两个力的合力的变化，看橡皮条结点O的位置变化，而在每次实验中橡皮条结点的位置一定不能改变。③为了让弹簧秤示数大一些，以减小读数相对误差，又防止合力不会太大，太小，θ角的取值不要太小和太大、90°左右为宜。橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面摩擦。④拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些。⑤作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。典例剖析考点一　实验原理与操作　　　　　(2021·福建三明市高一期末)甲、乙两同学在水平桌面上做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验，步骤如下a．甲同学分别用两只弹簧测力计将橡皮筋与细绳的结点拉至某点O并记录O点位置；b．乙同学记录拉力F1、F2的大小时发现两个弹簧测力计示数不相等，于是让甲同学调整至两个拉力大小相等；典题1c．乙同学记录拉力大小并用铅笔沿两个细绳套方向记下A、B两点；d．甲同学根据乙同学记录的O、A、B三点画出两个拉力的图示，并用量角器量出两拉力方向之间的夹角；e．乙同学用一只弹簧测力计再次将结点拉至O点；f．甲同学记下弹簧测力计示数为F，并用铅笔沿细绳套方向记下C点。(1)以上哪两个步骤中含有不必要或不恰当的操作________________ ____________________________________________________________；(2)如图所示，弹簧测力计读数________N； b中不需要调整至两个拉力大小相等，d中不要用量角器量出两拉力方向之间的夹角　5.30　(3)为了减小实验误差下列操作正确的有________。A．用两个弹簧测力计拉细绳时，F1、F2的夹角应尽可能大B．在记录弹簧测力计示数时，视线要正对弹簧测力计刻度C．用弹簧测力计拉细绳套时，弹簧测力计应与木板平行D．为减小读数误差，应该用手按住细绳的结点后再读出测力计示数BC　解析：(1)b中不需要调整至两个拉力大小相等，d中不要用量角器量出两拉力方向之间的夹角；(2)如图所示，弹簧测力计的最小分度是0.1 N，弹簧测力计读数为要估读到最小分度的下一位，则弹簧测力计读数5.30 N；(3)用两个弹簧测力计拉细绳时，F1、F2的夹角应大小适度，不要过大或过小，故A错误；在记录弹簧测力计示数时，为减小读数误差，视线要正对弹簧测力计刻度，故B正确；用弹簧测力计拉细绳套时，为减小摩擦，弹簧测力计应与木板平行，故C正确；由于细绳与木板平行，用手按住细绳的结点使得细绳与木板不平行，读数误差更大，故D错误。对点训练1．(2022·广东肇庆市高一期末)实验小组采用图甲装置验证“力的平行四边形定则”。(1)如图乙所示，分别将弹簧测力计连接在两根细绳的末端，沿任意两条射线方向拉细绳，使汇力圆环与平板上的定位圆重合，记录两个拉力的______________。(2)直接用一个弹簧测力计去拉细绳，使_______________________ _________，记录这个拉力的______________。(3)用作图法作出三个力，观察三个力构成的几何图形，看是否符合平行四边形定则。若用弹性绳替换细绳，__________(选填“影响”或“不影响”)实验结果。大小和方向　 汇力圆环与平板上的定位圆重合　大小和方向　不影响　解析：(1)画出力的图示，要记录力的大小、方向和作用点。而图中已经记录了作用点也就是定位圆，因此只要在记录力的大小和方向即可。(2)由于合力和分力的效果相同，因此仍使汇力圆环与平板上的定位圆重合。同样要记录拉力的大小和方向。(3)由于细绳只是记录拉力的方向，因此将细绳换成弹性绳，对实验结果没有影响。考点二　数据处理　　　　　某同学做“验证平行四边形定则”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。典题2(1)实验记录纸如图乙所示，两弹簧测力计共同作用时，O点为结点的位置，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。力F1的大小如弹簧测力计所示，F1＝______ N(已知F2＝2.63 N，F3＝4.41 N)。(2)请在答题纸上作出F1和F2的合力F(标度已给出)；并求出合力F＝________N。2.92　4.30　解析：(1)由图知1 N之间有10小格，一个小格代表0.1 N，所以弹簧测力计的示数为2.92 N。(2)根据平行四边形定则先作出F2与F1的合力，如图所示，由图得F1、F2的合力大小4.30 N。答案：(2)图见解析。对点训练2．(2022·贵州铜仁高一期末)某同学用图甲所示装置做“探究求合力的方法”的实验。(1)下列说法正确的是______(填选项前的字母)；A．在测量同一组数据的过程中，橡皮条结点O的位置可以变化B．弹簧测力计拉细线时，拉力方向可以不竖直向下C．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为某个特定的角度(2)如图乙所示的四个力中，由一个弹簧测力计拉橡皮条得到的力是______。(3)该实验中某弹簧测力计的示数如图丙，其大小是______N。(保留三位有效数字)B　F　3.60　解析：(1)在测量同一组数据的过程中，为保证等效性，橡皮条结点O的位置不可以变化，选项A错误；弹簧测力计拉细线时，拉力方向可以不竖直向下，选项B正确；F1、F2方向间夹角大小适当即可，不可以为某个特定的角度，选项C错误。(2)由一个弹簧测力计拉橡皮条得到的力的方向应该与OA共线，则应该是F。(3)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N，则其大小是3.60 N。课堂达标检测1．(2022·北京密云高一期末)在探究两个互成角度的力的合成规律的实验中，将橡皮条的一端固定于A点，图甲表示在两个弹簧测力计的共同作用下将橡皮条的结点拉长到O点，图乙表示准备用一个弹簧测力计拉橡皮条。关于这个实验，下列说法正确的是 (　　)A．在甲中，两个弹簧测力计的夹角越大越好B．在甲中，仅需要记录两个弹簧测力计的示数C．在乙中，仍需将橡皮条的结点拉到O点，使两次实验中橡皮条的形变效果一样D．作分力和合力的图示时，分力和合力所选的标度可以不同C　解析：在甲中，两个弹簧测力计的夹角大小要适当，并非越大越好，选项A错误；在甲中，需要记录两个弹簧测力计的示数以及两个拉力的方向，还有O点的位置，选项B错误；在乙中，仍需将橡皮条的结点拉到O点，使两次实验中橡皮条的形变效果一样，选项C正确；作分力和合力的图示时，分力和合力所选的标度必须相同，选项D错误。2．(2022·云南昆明一中高三阶段练习)在“探究求合力的方法”的实验中，某同学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。(1)图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，下列说法中正确的是_______。A．图乙中的F是力F1和F2合力的理论值，F′是力F1和F2合力的实际测量值B．图乙的F′是力F1和F2合力的理论值，F是力F1和F2合力的实际测量值C．在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果没有影响D．在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果有影响BC　(2)本实验采用的科学方法是______(填字母代号)。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B　(3)如图所示，保持O点的位置和a弹簧秤的拉伸方向不变，使b弹簧秤从图示位置开始缓慢顺时针转动，则在整个过程中，关于a、b两弹簧秤示数的变化情况是______。A．a示数增大，b示数减小 B．a示数减小，b示数先增大后减小C．a示数减小，b示数增大 D．a示数减小，b示数先减小后增大D　解析：(1)图乙的F′是由平行四边形定则作出的力F1和F2合力的理论值，F是力F1和F2合力的实际测量值，故A错误，B正确；在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，力的作用效果没有变化，那么对实验结果没有影响，故C正确，D错误。(2)本实验用一个力代替两个力，使作用效果相同，使用了等效替代法。故选B。 (3)两拉力的合力不变，根据平行四边形定则有    由图发现，b弹簧秤从图示位置开始缓慢顺时针转动，a示数减小，b示数先减小后增大。故选D。