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    2022年高中物理(新教材)新人教版同步学案第三章 实验:探究两个互成角度的力的合成规律
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    高中第三章 相互作用——力4 力的合成和分解导学案

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    这是一份高中第三章 相互作用——力4 力的合成和分解导学案,共8页。

    实验探究两个互成角度的力的合成规律

    [学习目标] 1.练习用作图法求两个力的合力.2.探究两个互成角度的力的合成规律

    一、实验原理

    1合力F的确定两个力F1F2共同作用能把橡皮条末端小圆环拉到某点一个力F也可以把橡皮条末端的小圆环拉到同一点FF1F2共同作用的效果相同FF1F2的合力

    2合力理论值F的确定根据平行四边形定则作出F1F2的合力F的图示求出合力的理论值F.

    3在实验误差允许的范围内比较FF是否大小相等方向相同

    二、实验器材

    方木板白纸弹簧测力计(两个)橡皮条细绳轻质小圆环三角板刻度尺图钉(若干)铅笔

    三、实验步骤

    1在方木板上用图钉固定一张白纸如图1甲所示用图钉把橡皮条的一端固定在木板上A在橡皮条的另一端挂上轻质小圆环

    1

    2用两个弹簧测力计分别钩住小圆环互成角度地拉橡皮条将小圆环拉到某位置O用铅笔描下小圆环O的位置和拉线的方向并记录两弹簧测力计的读数

    3用一个弹簧测力计拉橡皮条将小圆环拉到同一位置O记下弹簧测力计的读数和拉线的方向

    4如图乙所示利用刻度尺和三角板按适当的比例作出用两个弹簧测力计拉时的拉力F1F2的图示以及用一个弹簧测力计拉时的拉力F的图示F1F2为邻边画出平行四边形并画出对角线F.

    5比较FF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

    四、注意事项

    1弹簧测力计使用前要检查指针是否指在零刻度线上否则应校零

    2被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致拉动小圆环时弹簧不可与外壳相碰或摩擦

    3在同一次实验中小圆环的位置O一定要相同

    4在具体实验时两分力F1F2间夹角不宜过大也不宜过小60°120°之间为宜

    5读数时应正视平视刻度

    6使用弹簧测力计测力时读数应适当大些但不能超出它的测量范围

    一、实验原理与操作

    如图2所示探究两个互成角度的力的合成规律的实验中有下列实验步骤

    2

    a在桌上放一块方木板在方木板上铺一张白纸把橡皮条的一端固定在板上的A

    b只用一个弹簧测力计通过弹簧测力计把小圆环拉到同样的位置O记下弹簧测力计的示数F和细绳的方向按同样比例作出力F的图示

    c改变两个分力的大小和夹角再做两次实验

    d记下两个弹簧测力计的示数F1F2及小圆环的位置描下两条细绳的方向在纸上按比例作出力F1F2的图示用平行四边形定则求出合力F.

    e比较力FF可以看出它们在实验误差允许的范围内是相等的

    f把小圆环系在橡皮条的另一端通过小圆环用两个弹簧测力计互成角度地拉小圆环橡皮条伸长使小圆环到达某一位置O.

    完成下列填空

    (1)上述步骤中正确的顺序是________(填写步骤前面的字母)

    (2)下列哪些措施能减小实验误差________

    A两条细绳必须等长

    B弹簧测力计细绳橡皮条都应与木板平面平行

    C拉橡皮条的细绳要稍长一些标记同一条细绳的方向时两标记点要适当远一些

    D实验前先把实验所用的两个弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在桌面上向相反方向拉动检查读数是否相同若不同则进行调节使之相同

    答案 (1)afdbec (2)BCD

    解析 (1)先固定好白纸和橡皮条,两个弹簧测力计互成角度地拉小圆环到O点,记下两个力的大小和方向,由平行四边形定则画出两个力的合力,然后用一个弹簧测力计拉小圆环仍然到O点,记下拉力的大小和方向,与第一次的合力比较大小和方向,改变两个分力的大小和夹角,重复实验故实验步骤为afdbec.

    (2)两条细绳是否等长,不会影响实验,A错误;拉力应和木板平面平行,否则画出的力就不是实际作用力了,B正确;细绳应稍长些,这样在描点画力的方向时,偏差小,误差小,C正确;实验前调节弹簧测力计,使两个弹簧测力计的读数相同,可以使弹簧测力计读数准确,可以减小误差,D正确

    某同学用如图3所示装置做探究两个互成角度的力的合成规律的实验橡皮筋的一端固定在水平木板上的P另一端系有两个绳套实验中先用两个弹簧测力计分别勾住绳套并互成角度地拉橡皮筋将橡皮筋拉至某一位置O.再只用一个弹簧测力计通过绳套把橡皮筋拉到与前面相同的位置O.

    3

    (1)为完成该实验下述必须有的步骤是________(填正确选项前的字母)

    A测量细绳的长度  B测量橡皮筋的原长  C记录弹簧测力计的示数  D记录结点O的位置  E通过细绳记录拉力的方向

    (2)下列关于操作过程的说法正确的是________(填正确选项前的字母)

    A橡皮筋弹簧测力计和细绳应位于与木板平行的同一平面内

    B两细绳之间的夹角一定要取90°以便计算合力的大小

    C拉橡皮筋的细绳要短一些标记同一细绳方向的两点要近一些

    D弹簧测力计的示数适当大些有利于减小误差

    E同一次实验中用一只弹簧测力计拉橡皮筋时结点的位置必须与用两只弹簧测力计拉时的位置重合

    (3)探究两个互成角度的力的合成规律的实验情况如图4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OBOC为细绳图乙是在白纸上根据实验结果画出的图

    4

    图乙中的FF两力中方向一定沿AO方向的是________

    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 (1)CDE (2)ADE (3)F B

    二、实验数据处理

    某探究小组做验证力的平行四边形定则实验将画有坐标轴(横轴为x纵轴为y最小刻度表示1 mm)的纸贴在桌面上如图5(a)所示将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B(位于图示部分之外)另一端P位于y轴上的A点时橡皮筋处于原长

    (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O此时拉力F的大小可由测力计读出测力计的示数如图(b)所示F的大小为________N.

     (2)撤去(1)中的拉力橡皮筋P端回到A现使用两个测力计同时拉橡皮筋再次将P端拉至O此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 NF25.6 N.

    ()5 mm长度的线段表示1 N的力O点为作用点在图(a)中画出力F1F2的图示然后按平行四边形定则画出它们的合力F

    5

    ()F的大小为________NF与拉力F的夹角的正切值为________

    F与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内则该实验验证了力的平行四边形定则

    答案 (1)4.0 (2)()见解析图  ()4.0 0.05

    解析 (1)由题图(b)可知,F的大小为4.0 N.

    (2)()F1长度为21 mmF2长度为28 mm,画出力F1F2F的图示,如图所示

    ()用刻度尺量出F的线段长约为20 mm,所以F大小为4.0 N,量出合力箭头处到y轴的距离和所作合力在y轴投影的长度,则F与拉力F的夹角的正切值为0.05.

    1(2020·徐州市高一上期末)某同学用如图1所示的实验装置探究两个互成角度的力的合成规律弹簧测力计A挂于固定点P下端用细线挂一重物M.手持弹簧测力计B水平向左拉使结点O静止在某位置分别读出弹簧测力计AB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下列不必要的实验要求是(  )

    1

    A应测量重物M所受的重力

    B弹簧测力计应在使用前校零

    C细线方向应与木板平面平行

    D改变拉力进行多次实验每次都要使O点静止在同一位置

    答案 D

    2探究两个互成角度的力的合成规律实验中用两个弹簧测力计把橡皮条的端点拉到O如图2所示已经作出拉力F1F2图中方格每边长度表示1 N.

    2

    (1)用直尺三角板作出F1F2的合力后由所作的图可知F1F2的合力F大小为______ N.

    (2)用一个弹簧测力计把橡皮条的端点拉到O此时拉力为F.由图可知FF的大小方向略有偏差如果此偏差仅由F1的大小引起则引起偏差的原因是F1的大小比真实值偏________(选填)

    答案 (1)7 (2)

    解析 (1)F1F2为邻边,作出平行四边形,如图所示:

    由图可知:合力为F1×7 N7 N.

    (2)合力FF的大小、方向略有偏差,如果此偏差仅由F1的大小引起,由图可知F1F的夹角比F1F的大,故F1的大小比真实值偏大

    3某研究小组做探究两个互成角度的力的合成规律的实验所用器材有方木板一块白纸量程为5 N的弹簧测力计两个橡皮条(带两个较长的细绳套)刻度尺图钉(若干个)

    (1)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方木板上的A在橡皮条的另一端拴上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只弹簧测力计的拉力F1F2的图示并用平行四边形定则求出合力F

    E只用一只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FF的大小和方向看它们是否相同得出结论

    上述步骤中有重要遗漏的步骤的序号是________________

    遗漏的内容分别是________________________________________________

    (2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验白纸上留下的标注信息有结点位置O力的标度分力和合力的大小及表示力的作用线的点如图所示其中对于提高实验精度最有利的是________

    答案 (1)C E 记下两条细绳套的方向 把橡皮条的结点拉到同一位置O (2)B

    解析 (1)根据探究两个互成角度的力的合成规律实验的操作步骤可知,有重要遗漏的步骤的序号是CE.C中未记下两条细绳套的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O.

    (2)为了提高实验精度,弹簧测力计读数尽可能大一些,标注细绳方向的两点尽可能远一点,标度尽可能小一些,两力F1F2夹角不宜过大或过小,故选B.

    4某同学用如图3甲所示的装置探究两个互成角度的力的合成规律将一木板竖直放在铁架台和轻弹簧所在平面后其部分实验操作如下请完成下列相关内容

    3

    (1)如图甲在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O

    (2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端用两弹簧测力计将轻弹簧末端拉到同一位置O记录细绳套AOBO________及两弹簧测力计相应的读数图乙中B弹簧测力计的读数为________ N

    (3)该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力FAFB的大小和方向如图4所示请在图中作出FAFB的合力F.

    4

    答案 (2)方向 11.40 (3)见解析图

    解析 (2)根据实验原理可知,本实验要记录两分力的大小、方向及合力的大小、方向,其中大小通过弹簧测力计的读数获得,方向通过细绳套方向获得,故需要记录AOBO的方向;根据弹簧测力计的读数规则可得题图乙中B弹簧测力计的读数为11.40 N.

    (3)根据OFAOFB两条表示力的有向线段为邻边作平行四边形,再作出两邻边所夹对角线,即合力F,如图所示

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