高三物理一轮复习 第2章 第5讲 实验三：探究求合力的方法课件.ppt

,浙江专用物理,第5讲实验三:探究求合力的方法,实验目的1.探究求合力的方法力的平行四边形定则。2.了解等效替代思想在科学研究中的作用。,实验原理将橡皮条的一个端点固定,另一个端点用互成角度的两个力F1、F2拉至某个位置;换用另一个力F代替F1和F2,仍将橡皮条拉至同一位置(即F与F1、F2的共同作用效果相同)。所以力F就是这两个力F1和F2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合力F的图示,比较F和F的大小和方向有何关系。实验器材方木板一块、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔。,实验步骤1.在水平桌面上平放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸固定在方木板上。2.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,细绳的另一端系上细绳套。3.用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点拉到某一位置O,如图所示。,4.用铅笔描下O点的位置和两条细绳的方向,读出并记录两个弹簧测力计的示数。5.用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿两条细绳的方向画直线,按一定的标度作出两个力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点的平行四边形的对角线即表示合力F。6.只用一个弹簧测力计,通过细绳把橡皮条的结点拉到同一位置O,读出并记录弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度用刻度尺从O点作出这个力F的图示。7.比较F与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向,看它们在实验误差允许的范围内是否相同。8.改变F1和F2的大小和方向,再做两次实验。,误差分析1.弹簧测力计本身的误差。2.读数误差和作图误差。,注意事项1.不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连接两细绳套,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.在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同。3.不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条,要反复做几次,使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化。,4.细绳应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳的方向画直线,应在细绳末端用铅笔画一个点,取掉细绳套后,再将所标点与O点连直线确定力的方向。5.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,使所作力的图示稍大一些。6.用两个弹簧测力计勾住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60到120之间为宜。7.使用弹簧测力计前,应先调节零刻度,使用时不超量程,拉弹簧测力计时,应使弹簧测力计与木板平行,但不与壳相碰或摩擦,读数时应正对刻度。,1.在做“验证力的平行四边形定则”的实验时,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,则下列说法中正确的是()A.同一次实验中,O点位置不允许变动B.实验中,只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置C.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹角必须取90D.实验中,要将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大值,然后调节另一,个弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点,1.答案A为保证等效,必须把橡皮条的另一端拉到同一点,故A正确;实验中还要记录拉力的方向,故B错误;两拉力的夹角可以是任意合适的角度,C错误;实验中拉力不能超出弹簧测力计的最大测量值,因此开始时弹簧测力计示数要小于最大值,D错误。,2.在“探究求合力的方法”的实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如图)。实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套,并互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O。以下做法中你认为正确的是()A.拉橡皮条的绳细一些且长一些,实验效果较好,B.拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C.橡皮条弹性要好,拉结点到达某一位置O时,拉力要适当大些D.拉力F1和F2的夹角越大越好,2.答案ABC在本实验中,拉橡皮条的绳应细一些且长一些,便于画力的作用线并减小误差,A对;拉橡皮条时,若细绳不平行于木板,则只利用了拉力沿板方向的分力,存在误差,B对;拉力大一些可减小实验相对误差,C对;F1和F2的夹角应在60120之间为好,D错。,3.小明同学在学完力的合成与分解后,想在家里做实验探究求合力的方法。他从学校的实验室里借来两个弹簧测力计,按如下步骤进行实验:A.在墙上贴一张白纸用来记录力的大小和方向。B.在一个弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯,记下水杯静止时弹簧测力计的读数F。C.将一根大约30cm长的细线从杯带中穿过,再将细线两端拴在两个弹簧测力计的挂钩上。在靠近白纸处用手对称地拉开细线,使两个弹簧测力计的读数相等,在白纸上记下细线的方向和弹簧测力计的读数,如图甲所示。,D.在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示,如图乙所示,根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F。(1)在步骤C中,弹簧测力计的读数为N。,(2)若,就可以说明力的合成遵循平行四边形定则。,3.答案(1)3.00(2)F近似在竖直方向,且数值与F近似相等,4.在“探究求合力的方法”实验中(1)部分实验步骤如下,请完成有关内容:A.将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上,另一端拴上两根细线。B.其中一根细线挂上5个质量相等的钩码,使橡皮筋拉伸,如图甲所示,记录、。C.将步骤B中的钩码取下,分别在两根细线上挂4个和3个质量相等的钩码,用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度,如图乙所示,小心调整B、C的位置,使,记录。,(2)如果“力的平行四边形定则”得到验证,那么图乙中coscos=。,4.答案(1)B.钩码个数(或细线拉力)橡皮筋与细线结点的位置O细线的方向(说明:能反映细线方向的其他记录也可以)C.橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置O重合钩码个数和对应的细线方向(2)34,典例1某同学在做“探究求合力的方法”的实验时,利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两个弹簧测力计拉力的大小和方向,如图(a)所示。,(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示,并用F表示此力。(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.若只增大某一个弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只需调整另一个弹簧测力计拉力的大小即可(3)图(b)所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果,其中哪一个比,较符合实验事实?(力F是用一个弹簧测力计拉时的图示)答:。(4)在比较符合实验事实的操作中,造成误差的主要原因是:(至少写出两种情况)。解析(1)以F1、F2为邻边作平行四边形,过O点的对角线即表示所求的合力(如图所示)。,(2)两个弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零,它们之间不是合力与分力的关系,B错误;结点位置不变,合力不变,当一个弹簧测力计的拉力,解析(1)以F1、F2为邻边作平行四边形,过O点的对角线即表示所求的合力(如图所示)。,大小改变时,另一个弹簧测力计的拉力的方向必须改变,故D错误;正确的选项只有A、C。(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差,但用一个弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一直线上,故甲同学实验得到的结果符合实验事实。(4)F1的方向比真实方向偏左;F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左;作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行。(任选其二)答案(1)见解析图(2)AC(3)甲同学实验得到的结果(4)见解析,典例2在“探究求合力的方法”实验中,将橡皮条的一端固定在竖直放置的木板上,另一端系上两根细绳OA、OB,O为两根细绳与橡皮条的结点,细绳OA跨过钉在木板上的光滑的钉子C,下端挂重力已知的钩码,细绳OB用一个弹簧测力计钩住,如图所示,可以通过改变钩码的个数和弹簧测力计的拉力调整橡皮条与两细绳的结点O的位置。,(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项,其中正确的是。A.两根绳的夹角必须成90,以便于算出两细绳拉力的合力B.橡皮条应与两细绳夹角的角平分线在同一直线上C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D.只用弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时结点O到达的位置应与用钩码、弹簧测力计同时拉时相同(2)图中OC与橡皮条延长线的夹角为,细绳OB与橡皮条延长线的夹角为,且+90,下列操作正确的是。A.增加钩码个数后,为使结点位置不变,应减小,同时减小弹簧测力计的拉力,B.增加钩码个数后,为使结点位置不变,应增大,同时增大弹簧测力计的拉力C.保持钩码个数不变,将钉子向左移动一些,为使结点位置不变,应增大,同时增大弹簧测力计的拉力D.保持钩码个数不变,将钉子向左移动一些,为使结点位置不变,应减小,同时增大弹簧测力计的拉力解析(1)两细绳拉力的合力大小是用作图法求得的,不是计算出来的,两细绳的夹角没有必要成90,同时,橡皮条也没有必要与两细绳夹角的角平分线在同一直线上,A、B错误;弹簧测力计与木板平面平行是为了保证所有力在同一平面内,C正确;两次拉动的结果应该使结点O到达的位置相同,两次作用效果相同,D正确。,(2)O点受到细绳OA的拉力F1、细绳OB的拉力F2和橡皮条的拉力F3的作用而平衡,则F1与F2的合力F3=F3,方向与F3的方向相反。如图1所示,增加钩码的个数时,细绳OA的拉力由F1变化为F1,但F1与F2的合力F3不变,弹簧测力计的拉力应由F2增大为F2,同时增大,A错误、B正确;如图2所示,保持钩码的个数不变,将钉子向左移动一些,细绳OA的拉力大小不变,方向由F1的方向变化为F1的方向,合力F3不变,细绳OB的拉力应由F2增大为F2,同时减小,C错误、D正确。,答案(1)CD(2)BD,典例3某同学在家中尝试验证平行四边形定则,他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子,设计了如下实验:将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上,另一端与第三条橡皮筋连接,结点为O,将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。为完成该实验,下述操作中必需的是。,a.测量细绳的长度b.测量橡皮筋的原