人教版 (2019)必修 第一册4 力的合成和分解课文ppt课件

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1.理解“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的原理,知道实验的步骤及操作要点。2.通过探究,知道分力与合力之间的关系所遵循的规则。3.知道误差产生的主要原因。
一、实验原理1.合力F′的确定:一个力F′的作用效果与两个共点力F1与F2共同作用的效果都是把橡皮条拉伸到某点,则F′为F1和F2的合力。2.合力理论值F的确定:根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示。3.平行四边形定则的验证:在实验误差允许的范围内,比较F′和F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(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、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。
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,用铅笔描下结点的位置、细绳的方向,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为邻边画出平行四边形,并画出对角线F。
4.用一个弹簧测力计把橡皮条拉到同一位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳的方向,如图乙所示,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。四、注意事项1.结点(1)定位O点时要力求准确。(2)同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持位置不变。2.拉力(1)用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向。(2)应使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内。(3)两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小,以60°～120°为宜。
3.作图(1)在同一次实验中,选定的比例要相同。(2)严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形,求出合力。五、误差分析1.弹簧测力计使用前没调零,使用中,弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成误差。2.两次测量拉力时,橡皮条的结点没有拉到同一点会造成偶然误差。3.两个分力的夹角太小或太大以及F1、F2数值太小,应用平行四边形定则作图时,都会造成偶然误差。
类型一　器材选择与实验操作
[典例1] (2022·丽水期末)(1)某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验,准备的器材有:A.图钉　B.带细绳套的橡皮筋　C.木板 D.钩码　E.白纸　F.刻度尺　G.弹簧测力计　H.打点计时器,这些器材中不需要的是　　　 　(填器材前的字母)。 
解析:(1)做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,我们是让两个力拉橡皮条和一个力拉橡皮条产生的作用效果相同,测出两个力的大小和方向以及一个力的大小和方向,用力的图示画出这三个力,用平行四边形作出两个力的合力的理论值,和那一个力进行比较。所以我们需要的实验器材有:木板(固定白纸),白纸(记录方向画图)、刻度尺(选标度)、绳套(弹簧测力计拉橡皮筋)、弹簧测力计(测力的大小)、图钉(固定白纸)、三角板(画平行四边形),橡皮筋(让力产生相同的作用效果),需要用弹簧测力计测量拉力大小,故不需要的器材为D.钩码,H.打点计时器。故选D、H。
解析:(2)由题图乙可知,该弹簧测力计,最小刻度是0.1 N,示数为 1.50 N。
(2)如图甲所示,该同学用两把弹簧测力计分别拉橡皮筋上的细绳套,规范操作,弹簧测力计1指针的位置如图乙所示,则其示数F1=　　　　N,弹簧测力计2的示数为F2。再换用一把弹簧测力计拉橡皮筋,作用效果与弹簧测力计1、2同时拉时相同,弹簧测力计示数为F。 
解析:(3)如图所示。
(3)如图丙所示,O为橡皮筋结点位置,记录F1方向沿OB、F2方向沿OC、F方向沿OA。根据图中的标度已完成了F和F2的图示,请在图丙相应位置完成F1的图示,并用虚线把F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接。
(4)根据多次实验作出的图形,可以得到的启示是　　 　　。 A.F1与F2的大小之和等于FB.F1、F2和F的大小遵循勾股定理C.F的箭头端与F1、F2的箭头端连接得到的是平行四边形D.F的箭头端与F1、F2的箭头端连接得到的四边形是菱形
解析:(4)根据多次实验作出的图形,可以得到的启示是F的箭头端与F1、F2的箭头端连接得到的是平行四边形;F1与F2是平行四边形的邻边,F是平行四边形的对角线。
类型二　数据处理和误差分析
[典例2] 李明同学在做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验时,利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小,如图甲所示。
(1)试在图甲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。
解析:(1)用平行四边形定则作图,即以F1、F2为两邻边作平行四边形,对角线就表示合力F。如图所示。
(2)有关此实验,下列叙述正确的是　　　　。(多选) 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,须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.若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只须调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可
解析:(2)两分力可以同时大于合力,故A正确;结点受三个力的作用处于平衡状态,其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力——橡皮筋的拉力等大反向,是一对平衡力,而橡皮筋的拉力不是合力,故B错误;只有保证结点在同一位置才能说明作用效果相同,故C正确;若两个分力的大小变化而方向都不变,则合力必定变化,故D错误。
(3)图乙所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果,其中哪一个实验比较符合实验事实?(力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示)答:　　　　　 　　　　。 
解析:(3)作图法得到的F必为平行四边形的对角线,单个弹簧测力计的拉力F′一定与橡皮筋共线,故张华的实验比较符合实验事实。
答案:(3)张华做的实验
(4)在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学中,造成误差的主要原因是    (至少写出两种情况)。
解析:(4)F2的大小比真实值偏小,且方向比真实方向偏左;作图时两虚线分别与F1线和F2线不严格平行。
类型三　实验拓展与创新
[典例3] (2022·台州期末)在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮条、细绳套和一把弹簧测力计。
(1)为完成实验,一组同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,将实验数据在F-x坐标中描点,如图甲所示,请你作出图像;由图像求得该弹簧的劲度系数k=　　　　 N/m(结果保留两位有效数字)。 
解析:(1)用一条平滑的曲线把点连在一起,不在线上的点均匀分布在线的两侧,如图所示。
答案:(1)图见解析　12(11～12均可)
(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图乙所示,其读数为　　　 N。 
解析:(2)指针指在刻度2.1,估读到下一位,则读数为2.10 N。
答案:(2)2.10　
(3)该组同学通过实验初步得出两个互成角度的力的合成遵从平行四边形定则,另一组同学用两根完全相同的轻弹簧和重物来验证,他们进行了如下操作(弹簧始终处于弹性限度内):①用刻度尺测出弹簧的自由长度L0;②如图丙所示,把重物通过细绳连接在一根弹簧下端,稳定后测出弹簧的长度L1;他们又把两弹簧调整到相互垂直,稳定后测出两弹簧的长度分别为L2、L3,则L1、L2、L3和L0满足的关系式是　　　　　　　　　　　　　　　。