高中物理复习实验三探究两个互成角度的力的合成规律课件

实验三探究两个互成角度的力的合成规律

素养目标1.掌握实验原理、器材、步骤及注意事项．2．理解教材基本实验的数据处理方法，并会进行误差分析．3．理解创新和拓展实验原理并会处理数据，进行误差分析．必备知识·自主落实一、实验思路与操作装置图与思路思路：(1)记分力(大小、方向)；(2)记合力(大小、方向)；(3)观察图形．操作要领(1)装置安装：在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲．(2)记录数据：①两个弹簧测力计的使用：如图乙，用铅笔描下O点位置和细绳套的方向，并记录两弹簧测力计的读数．②一个弹簧测力计的使用：如图丙，仍使小圆环处于O点，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向．(3)画图与观察图形(4)重复实验二、数据处理及分析1．画图：从白纸上O点出发用力的图示法画出拉力F1、F2和F.用虚线把拉力F的箭头分别与F1、F2的箭头连接．如图所示．2．观察图形观察所围成的形状像不像一个平行四边形．

位置不变同一次实验中，橡皮条拉长后的小圆环O必须保持位置不变．拉力(1)细绳应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳方向画直线，应在细绳两端画两个射影点．去掉细绳后，连直线确定力的方向．(2)应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内．(3)弹簧测力计示数尽量大些，读数时眼睛要正视，要按有效数字正确读数和记录．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．(3)两分力F1、F2间的夹角θ过大或过小，用平行四边形定则作图得出的合力F的相对误差也越大．关键能力·分层突破考点一教材原型实验例1某研究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，所用器材：方木板一块，白纸，量程为5N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，小圆环，刻度尺，三角板，图钉(若干个)．主要实验步骤如下：a．橡皮条的一端与轻质小圆环相连，另一端固定；b.用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环，小圆环运动至O点，记下两弹簧测力计的读数F1和F2及两细绳套的方向；c．用一个弹簧测力计将小圆环拉到O点，记下弹簧测力计的读数F及细绳套的方向；d．在白纸上做出力F、F1和F2的图示，猜想三者的关系，并加以验证．(1)b、c步骤中将小圆环拉到同一位置O的目的是________________；(2)某次操作后，在白纸上记录的痕迹如图丁所示，请你在图丁中完成步骤d.解析：(1)b、c步骤中将小圆环拉到同一位置O的目的是保证两次操作力的作用效果相同；(2)在白纸上画出各力的大小及方向，并用虚线把F的箭头分别与F1、F2的箭头连接．如图，能看到所围成的形状像是一个平行四边形．答案：(1)保证两次操作力的作用效果相同(2)见解析图例2以下是某实验小组探究“两个互成角度的力的合成规律”的过程．首先进行如下操作：①如图甲，两细绳套栓在橡皮条的一端，另一端固定在水平木板上，橡皮条的原长为GE；②如图乙，用手通过两个弹簧测力计共同拉动橡皮条．橡皮条和细绳套的连接点在拉力F1、F2的共同作用下，位于O点，橡皮条伸长的长度为EO；③撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住其中一根细绳套，仍使其位于O点，如图丙．(1)同学们发现，力F单独作用，与F1、F2共同作用的效果是一样的，由于两次橡皮条伸长的长度、方向相同，即橡皮条对小圆环的拉力相同，所以F等于F1、F2的合力．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．建立物理模型法答案：B

解析：(1)此实验用一个力的作用效果代替两个力的作用效果采用了等效替代法，故选B；(2)然后实验小组探究了合力F与分力F1、F2的关系：①由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F(三个力的方向沿各自细绳的方向，三个力大小由弹簧测力计读出)；②用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，如图丁，此图形应该是________________；③多次改变拉力F1、F2的大小和方向，重做上述实验，通过画各力的图示，进一步检验所围成的图形．答案：平行四边形解析：(2)此实验是为了探究“两个互成角度的力的合成规律”，应该要遵循平行四边形法则，故此图形应该是平行四边形；(3)若F′是以F1、F2为邻边构成的平行四边形的对角线，一定沿GO方向的是________(选填“F”或“F′”)．答案：F

解析：(3)当是一个力作用时，O结点受F及GO拉力的作用，二力平衡，F与GO的拉力等大反向，故F一定沿GO的方向；(4)若在图乙中，F1、F2夹角大于90°，现保持O点位置不变，拉力F2方向不变，增大F1与F2的夹角，将F1缓慢转至水平向右的过程中，两弹簧秤示数大小变化为________．A．F1一直增大F2一直增大B．F1先减小后增大F2一直增大C．F1一直增大F2一直减小D．F1一直增大F2先减小后增大答案：A解析：(4)保持F2的方向及合力不变，当F1转动至水平向右位置过程中，如图F2与F1的长度一直在增加，F2与F1的大小一直在增加，故选A.考点二探索创新实验例3[2024·宁夏银川模拟]某同学用如图所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”，支架上有两根竖直杆，两支架后放置一竖直平板，平板上贴有白纸，左侧杆上固定一拉力传感器A，一根不可伸长的细绳一端连接拉力传感器，另一端连接在右侧杆上的B点，细绳长度大于两杆间距，不计轻小滑轮质量．实验步骤如下：①用天平测出重物的质量m；②将细绳绕过光滑的轻小滑轮，重物悬挂于滑轮下，使之处于静止状态；③记下B点位置、滑轮与细绳接触点O的位置，读出并记录拉力传感器的示数F1；④改变B点在右侧杆的位置，使重物仍处于静止状态，记下滑轮与细绳接触点O的位置，读出并记录拉力传感器的示数F2；⑤多次改变B点在右侧杆的位置，重复②③步骤．回答下列问题：(1)在实验过程中，步骤③④所记录拉力传感器的示数F1________F2(填“>”“＜”或“＝”)．答案：＝

(2)作图时，下列图像可能正确的________．答案：C

解析：(2)以O点为研究对象，重力实际作用效果在竖直线上，因为误差的存在，两绳合力的理论值要与实际值有一定偏差，故B图和D图不符合实际，由于两绳拉力总是相等，A图也不符合实际，A、B、D错误，C正确．故选C.(3)根据步骤⑤多次改变B点在右侧杆的位置，可以观察得出滑轮与细绳接触点O的轨迹是在一个________上(填“椭圆”“圆”或“直线”)．答案：直线解析：(3)改变B的位置，B是在右侧竖直方向运动，由几何关系可知，AO与竖直方向的夹角不变，所以可以观察到O点的轨迹是直线．例4某同学利用身边现有器材做“验证力的平行四边形定则”实验，没有找到橡皮筋，只找到一个重物和一个弹簧测力计，细绳若干．(1)用弹簧测力计(已校零)提起重物，重物静止时，读数如图甲所示，则该重物的重力为________N；答案：2.60

解析：弹簧测力计的读数要估读到分度值的下一位，分度值为0.1N，则该重物重力为2.60N．(2)把重物按图乙所示方式悬挂，若绳a保持水平状态，绳b与竖直方向的夹角θ为45°，把绳a换成弹簧测力计时，弹簧测力计的示数为2.50N，把绳b换成弹簧测力计时，弹簧测力计的示数为3.60N，在图丙所示的坐标纸上已给出两个分力的方向，每个小方格的边长代表0.1N，请在图中作出力的图示，并用刻度尺测得两分力的合力为________．答案：2.59N

(3)下列关于该实验的一些说法，正确的是________．A．从实验原理看，避免了多次使用橡皮筋，使得实验的系统误差变小B．从实验过程看，将弹簧测力计换成绳子，很可能因两绳夹角的变化引起偶然误差C．保持绳a水平，改变绳b，使θ减小，则绳a上的拉力增大D．移动绳b，当两绳夹角为90°时也能验证平行四边形定则答案：AB

例5某实验小组用一只弹簧秤和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2.主要实验步骤如下：ⅰ.弹簧秤挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，记下弹簧秤的示数F；ⅱ.弹簧秤挂在绳套1上，用手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，记下弹簧秤的示数F1；ⅲ.根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1′＝①________；ⅳ.比较②________，即可初步验证；ⅴ.只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤．回答下列问题：(1)完成实验步骤：①____________；②__________；

F1和F′1

(2)将绳套1由0°