适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第2章相互作用实验探究课3探究两个互成角度的力的合成规律课件

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一、实验目的验证力的平行四边形定则。二、实验思路互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F'产生相同的效果,比较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同。三、实验器材木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、小圆环、三角板、刻度尺、图钉(若干个)。
四、进行实验如图甲所示,橡皮条的一端固定,另一端挂一轻质小圆环,橡皮条的长度为GE。在图乙中,用两个弹簧测力计共同拉动小圆环,小圆环受到拉力F1、F2和橡皮条的共同作用,处于O点,橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2,改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环,小圆环受到拉力F和橡皮条的作用,仍处于O点(图丙)。力F单独作用,与F1、F2共同作用,都能使小圆环静止于O点,由于两次橡皮条的形变量相同,即橡皮条对小圆环的拉力相同,所以F等于F1、F2的合力。 保证作用效果相同
五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出两个弹簧测力计的拉力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。 不同小组可以取不同标度2.用刻度尺从O点按相同的标度沿记录的方向作出一个弹簧测力计的拉力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。七、注意事项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.作图时使用刻度尺或三角板,作图要规范。
易错辨析·判一判(1)实验前,应在两弹簧测力计调零后水平互钩对拉,选择两读数相同的弹簧测力计。(　√　)(2)实验过程中,弹簧测力计外壳可以与木板有接触。(　×　)(3)在合力不超过弹簧测力计量程及橡皮筋弹性限度的前提下,拉力的数值应尽量大些。(　√　)(4)本实验应作出力的示意图来探究合力与分力的关系。(　×　)(5)连接橡皮筋与弹簧测力计的细线应尽量短。(　×　)(6)两弹簧测力计所拉细线的夹角必须是30°。(　×　)(7)本实验采用了等效替代的研究方法。(　√　)
典例1.如图甲所示,某同学做验证力的平行四边形定则的实验,用图钉把橡皮条固定在A点,O为橡皮条与细绳的结点所到的位置。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,主要的步骤是:A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端系两条细绳,细绳的另一端系着绳套;
C.用两个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,读出两个弹簧测力计的示数;D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;E.只用一个弹簧测力计,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　 。 
答案 (1)F'　(2)B　(3)①C　E　②C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)用一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向;而用两个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的合力,由于存在误差,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,故选项B正确。(3)①根据验证力的平行四边形定则实验的操作规程可知,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中未说明把橡皮条的结点拉到同一位置O。
对点演练1.在验证力的平行四边形定则的实验中,将橡皮筋的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套。实验中用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮筋,把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点。(1)小明在实验过程中认为必须注意以下几项,其中正确的是　　　　。 A.同一次实验过程中,O点位置允许变动B.实验中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计的刻度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,把橡皮筋另一端拉到O点D.实验中,橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上
(2)如图为某同学完成验证平行四边形定则实验后留下的白纸,根据图中数据,F'的大小是　　　N。 (3)观察上图发现,理论的合力F'与一个弹簧测力计拉动时的拉力F差异较大,经验证F测量无误,则造成这一现象可能的原因是　　　　。 A.用手压住结点后拉弹簧测力计并读数B.用两个弹簧测力计拉动时两弹簧测力计不成90°C.两个弹簧测力计首次拉动时结点位置的记录有较大偏差D.拉动过程中绳套从弹簧测力计上脱落,装上后继续实验答案 (1)B　(2)1.8　(3)AC
解析 (1)同一次实验过程中,O点位置不能变动,A错误;实验中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计的刻度,B正确;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,然后调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O点,这样做弹簧测力计很容易超过量程,C错误;实验中不需要橡皮筋与两绳夹角的平分线在同一直线上,否则作出的结果不具有一般性,D错误。(2)根据图中标尺可知F'的大小是1.8 N。(3)用手压住结点后拉弹簧测力计并读数,两个弹簧测力计首次拉动时结点位置的记录有较大偏差,都会造成读数错误,影响实验结果,A、C正确;两弹簧测力计不成90°不会对实验结果造成影响,B错误;拉动过程中绳套从弹簧测力计上脱落,装上后继续实验,不影响实验结果,D错误。
本实验一般是在教材实验原理的基础上,以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件,或通过改变实验条件、实验仪器设置题目。因此要在教材实验的基础上注重对器材变化后分力和合力的分析判断能力的培养,要善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。1.实验器材的变化
2.分力和合力的变化(1)分力的获得:弹簧测力计的拉力→钩码的重力。(2)合力的获得:弹簧测力计的拉力→重物的重力→钩码的重力。
典例2.某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下实验器材验证平行四边形定则:刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子、质量不同的小重物若干、木板。实验方案如下:①将橡皮筋的两端分别与两条细绳相连,测出橡皮筋的原长;②将橡皮筋一端细绳用钉子固定在竖直木板上的A点,在橡皮筋的中点O用细绳系住小重物,使小重物自然下垂,如图甲所示;③将橡皮筋的另一端细绳固定在竖直木板上的B点,如图乙所示。
(1)为完成本实验,下列还必须测量的物理量为　　　　。(填选项前字母)A.小重物的质量B.细绳的长度C.图甲中OA段橡皮筋的长度D.图乙中OA和OB段橡皮筋的长度(2)在完成本实验的过程中,必须注意的事项是　　　　。(填选项前字母) A.橡皮筋两端连接的细绳长度必须相同B.图乙中A、B两点必须等高C.图乙中连接小重物的细绳必须在OA、OB夹角的角平分线上D.记录图甲中O点的位置和OA的方向E.记录图乙中O点的位置和OA、OB的方向
(3)若钉子位置固定,利用现有器材改变实验效果,可采用的方法是　　　　　。 答案 (1)CD　(2)E　(3)更换小重物
解析 (1)橡皮筋遵循胡克定律,要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长,得到橡皮筋的伸长量,根据拉力大小与伸长量成比例作力的图示。所以必须记下题图甲中OA段橡皮筋的长度和题图乙中OA和OB段橡皮筋的长度,故选C、D。(2)橡皮筋连接的细绳要稍微长些,并非要求等长,A错误;题图乙中A、B两点不用必须等高,B错误;题图乙中连接小重物的细绳可以在OA、OB夹角的角平分线上,也可以不在角平分线上,C错误;题图甲中O点的位置和OA的方向不需要记录,D错误;需要记录题图乙中O点的位置和OA、OB的方向,E正确。(3)在钉子位置不变的情况下,要改变实验效果,只有改变小重物的质量,故可采用的方法是更换小重物。
对点演练2.(2023山东聊城模拟)为验证力的平行四边形定则,某同学准备了以下器材:支架、弹簧、刻度尺、量角器、坐标纸、细线、定滑轮(位置可调)两个、钩码若干。支架带有游标尺和主尺,游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上,主尺可升降,如图甲所示。实验步骤如下:(1)仪器调零。如图甲所示,将已测量好的劲度系数k为5.00 N/m的弹簧悬挂在支架上,在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线,调节支架竖直。调整主尺高度,使主尺与游标尺的零刻度线对齐。滑动指针,对齐挂钩上的O点,固定指针。
(2)搭建的实验装置示意图如图乙所示。钩码组mA=40 g,钩码组mB=30 g,调整定滑轮位置和支架的主尺高度,使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针。实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得α=36.9°,β=53.1°,由图丙可读出游标卡尺示数为　　　 cm,由此计算出弹簧拉力的增加量ΔF=　　　　 N。当地重力加速度g为9.80 m/s2。 
(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图丁中作出,并用平行四边形定则作出合力F'。(4)依次改变两钩码组的质量,重复以上步骤,比较F'和F的大小和方向,得出结论。实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果　　　　(选填“有”或“无”)影响。 答案 (2)9.78　0.489　(3)见解析图　(4)无