第4章　实验探究两个互成角度的力的合成规律—2021-2022学年（新教材）鲁科版（2019）高中物理必修第一册课件(共32张PPT)

(共32张PPT)
实验:探究两个互成角度的力的合成规律
必备知识
自我检测
一、实验原理
一个力F的作用效果与两个共点力F1和F2的共同作用效果都是把橡皮条结点拉伸到某点,则　　　为　　　　　的合力,作出F的图示,再根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F'的图示,比较F'与F在实验误差允许范围内是否　 　　　　　　　,即得到互成角度的两个力合成是否遵循平行四边形定则。
二、实验器材
方木板、白纸、图钉若干、细芯铅笔、橡皮条一段、细绳套两个、弹簧测力计两个、　　　　　、　　　　　。
F
F1和F2
大小相等、方向相同
三角板
刻度尺
必备知识
自我检测
三、实验步骤
1.在方木板上用图钉固定一张白纸,如图甲所示,用图钉把橡皮条的一端固定在木板上A点,在橡皮条的另一端拴上两个细绳套。
必备知识
自我检测
2.用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套,互成角度地拉橡皮条将结点拉到某位置O,用铅笔描下O点的位置、细绳的　　　　,并记录两弹簧测力计的读数。
3.如图乙所示,按适当的比例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,以F1、F2为邻边画出　　　　　　　　,并画出对角线F'。
4.用一个弹簧测力计把橡皮条拉到　　　　　　,记下弹簧测力计的读数和细绳的　　　　,并用同样的比例作出这个力F的图示。
5.比较F与F'的大小和方向,看它们在实验误差允许范围内是否相同,从而验证平行四边形定则。
方向
平行四边形
同一位置O　
方向
必备知识
自我检测
1.正误辨析
(1)实验中合力与分力的作用效果相同,此实验中力的作用效果是指橡皮条伸长的长度相同。 (　　)
(2)记录细绳的方向时,在细绳下白纸上点两个相距较远的点即可。 (　　)
(3)每次实验时,只要记录弹簧测力计的示数就可以了。 (　　)
(4)用两弹簧测力计拉橡皮条时,两弹簧测力计间的夹角应取90°。 (　　)
必备知识
自我检测
答案与解析: (1)×　此处力的作用效果是指把橡皮条末端拉到同一位置,不仅伸长的长度相同,拉的方向也相同。
(2)√　细绳下白纸上点两个相距较远的点,再用尺子连成线就是细绳的方向。
(3)×　每次实验时,要记录弹簧测力计的示数和细线的方向。
(4)×　两弹簧测力计间的夹角可以任意选取,只要不太大也不太小就可以。
必备知识
自我检测
2.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则:在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的质量相等,当系统静止时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3,回答下列问题:
(1)(多选)改变钩码个数,实验能完成的是(　　)
A.钩码的个数N1=N2=2,N3=4
B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4
C.钩码的个数N1=N2=N3=4
D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5
必备知识
自我检测
(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是(　　)
A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向
B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
(3)在作图时,你认为下图中　　　　　是正确的。(选填“甲”或“乙”)
必备知识
自我检测
解析:(1)实验中的分力与合力的大小关系必须满足:|F1-F2|≤F3≤F1+F2,因此B、C、D选项是可以的。
(2)A
(3)实验中F3是竖直向下的,所以甲图正确。
答案:(1)BCD
(2)A
(3)甲
问题一
问题二
随堂检测
实验原理与操作
情境探究
如图所示,实验时由作图法得到的合力F和单个弹簧测力计测量的实际合力F'忘记标注而造成错乱,你如何加以区分
要点提示:由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮条伸直,所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F',不共线的合力表示由作图法得到的合力F。
问题一
问题二
随堂检测
知识点拨
实验数据分析的方法
(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同时拉时弹簧测力计的拉力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。
问题一
问题二
随堂检测
(2)实际值: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F在实验误差允许的范围内是否相等。
注意:在同一次实验中,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。
问题一
问题二
随堂检测
实例引导
例1“验证力的平行四边形定则”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。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是　　　　　。
解析:力F'为用一只弹簧拉橡皮条时力的大小和方向,所以F'与AO的方向相同。
答案:F'
问题一
问题二
随堂检测
变式训练1在验证力的平行四边形定则时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。
(1)(多选)实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列说法正确的是　　　　　。(选填字母代号)
A.将橡皮条拉伸相同长度即可
B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
C.将弹簧测力计都拉伸到相同刻度
D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
问题一
问题二
随堂检测
(2)(多选)同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的做法是　　　　　。(选填字母代号)
A.两细绳必须等长
B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行
C.用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些
解析:(1)该实验的关键是等效替代,故选B、D。
(2)由实验操作步骤可知应选B、D。
答案:(1)BD (2)BD
问题一
问题二
随堂检测
数据处理与误差分析
情境探究
(1)本实验中对两只弹簧测力计有何要求
(2)使用弹簧测力计时应注意哪些问题
要点提示:(1)本实验中的两只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过程中,读数相同,则可选;若读数不同,应另换或调校,直至相同为止。
(2)使用弹簧测力计测力时,读数应尽量大些,但不能超出它的测量范围。被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩擦。读数时应正对、平视刻度。
问题一
问题二
随堂检测
知识点拨
1.误差分析
(1)读数误差。
弹簧测力计示数在允许的情况下,尽量大一些,读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确读数和记录。
(2)作图误差。
①结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确,造成作图误差。
②两个分力的起始夹角α太大,如大于120°,再重复做两次实验,为保证结点O位置不变(即保证合力不变),则α变化范围不大,因而弹簧测力计示数变化不显著,读数误差较大,导致作图产生较大误差。
③作图比例不恰当、不准确等造成作图误差。
问题一
问题二
随堂检测
2.规范操作
(1)位置不变:在同一次实验中,将橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。
(2)角度合适:两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~100°为宜。
(3)在不超出弹簧测力计量程及橡皮条弹性限度的前提下,测力计示数、橡皮条被拉伸的长度应尽量大一些。　　　　　　　　　　　　　　　
(4)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳套方向画直线,应在细绳套两端各画一个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向。
问题一
问题二
随堂检测
实例引导
例2在“探究求合力的方法”的实验中某同学的实验情况如图所示,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)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
(2)(多选)本实验中,采取下列哪些方法和步骤可以减小实验误差(　　)
A.两个分力F1、F2间的夹角越大越好
B.拉橡皮条的细绳要稍长一些
C.实验中,弹簧测力计必须与木板平行
D.读数时视线要正对弹簧测力计刻度
问题一
问题二
随堂检测
解析:(1)本实验是采用等效替代的方法,当两个力作用使橡皮条结点O伸长到某一点,另一个力作用也使橡皮条结点O伸长到同一点时,这个力就是前两个力的合力,选B。
(2)本实验中两弹簧测力计所拉绳间的夹角一般在60°到120°之间较合适,A错误;为了减小误差,便于确定两拉力的方向,拉橡皮条的细绳要稍长一些,且必须使橡皮条、细绳、弹簧测力计都与木板平行,细绳要与弹簧测力计轴线在同一直线上,读数时视线要正对弹簧测力计刻度,B、C、D均正确。
答案:(1)B (2)BCD
问题一
问题二
随堂检测
变式训练2“探究求合力的方法”的实验装置如图所示。
问题一
问题二
随堂检测
(1)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图甲所示。其中,细绳CO对O点的拉力大小为　　　　　 N;
(2)请将图甲中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图乙上。由图求出合力的大小F合=　　　　 N;(保留两位有效数字)
(3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣,于是,他将刻度尺与弹簧测力计平行放置,如图丙所示,利用读得的数据,他得出了弹簧的劲度系数。那么,该弹簧的劲度系数k=　　　　　 N/m。(保留两位有效数字)
问题一
问题二
随堂检测
解析:(1)由图甲可读出CO对O点的拉力大小为2.60 N。
(2)在图乙上的画图如右图所示,结合作图可求得合力大小为5.1 N。
答案:(1)2.60　(2)见解析图　5.1　(3)60
问题一
问题二
随堂检测
1.某同学利用如图所示的装置验证力的平行四边形定则。图甲中GE是橡皮条,轻质小圆环挂在橡皮条的下端;图乙中用两个互成角度的拉力F1、F2将小圆环拉至O点;图丙中用一个拉力F将小圆环仍拉至O点。下列说法正确的是(　　)
A.进行图乙中的操作时,拉力F1、F2的方向一定相互垂直
B.在图乙、丙中,橡皮条必须沿竖直方向拉伸
C.在图乙、丙中,必须将小圆环拉至相同的位置
D.图乙操作完成后,可更换橡皮条,继续完成图丙所示的实验步骤
问题一
问题二
随堂检测
答案:C
解析:进行图乙中的操作时,只需两拉力F1、F2的大小、方向明确,不一定相互垂直,选项A错误;图乙、丙中的实验产生的效果相同,就是将小圆环拉至相同的位置,图乙操作完成后,若更换橡皮条,则不能验证力的平行四边形定则,选项C正确,B、D错误。
问题一
问题二
随堂检测
2.(1)甲、乙和丙三位同学做“互成角度的两个力的合成”的实验,所用弹簧测力计的量程为0~5 N,他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点,橡皮条的另一端通过细绳连接弹簧测力计,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,如图所示,此时细绳都与平板平行,用F1和F2表示拉力的方向和大小。
甲同学实验中的F1和F2的方向互相垂直,F1=2.8 N、F2=3.5 N;
乙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为30°,F1=F2=4.0 N;
丙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为120°,F1=F2=4.0 N。这三位同学中操作不合适的是哪一位 并说明原因。　。
问题一
问题二
随堂检测
(2)若丁同学对本实验进行改进,设置如图丁所示的实验装置,弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点,手持另一端向左拉,使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和细线的方向。在实验操作过程中,改变拉力,重复多次实验时,要求O点　　　　　(选填“一定”或“不一定”)静止在同一位置。在某次实验中,若该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程,请你提出两条解决办法:
①　,
②　。
问题一
问题二
随堂检测
解析:(1)由两分力的大小及对应的角度可得其合力的大小,可知乙同学实验中F1、F2的合力已超出弹簧测力计的量程,所以操作不正确的是乙同学。
(2)改进后的实验装置中,因合力不变,故O点的位置不一定要静止在同一点。若弹簧测力计A的指针稍超出量程,可以减小合力的大小,即减小M的质量,或者减小OA与竖直线之间的夹角,使弹簧测力计A处于量程以内。
答案:(1)乙　合力超出弹簧测力计量程　(2)不一定　①减小M的质量　②减小OA与竖直线之间的夹角
问题一
问题二
随堂检测
3.将橡皮条的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计,沿着两个不同的方向拉弹簧测力计,当橡皮条的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。
(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为　　　　　 N和
　　　　　 N。
问题一
问题二
随堂检测
(2)在如图所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。
问题一
问题二
随堂检测
解析:(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N,读数时应估读一位,所以读数分别为2.50 N(4.00 N)和4.00 N(2.50 N)。
(2)取一个小方格的边长表示0.50 N,作出两个力及它们的合力如图所示。
答案:(1)2.50(4.00)　4.00(2.50)　(2)见解析图