第三章 实验 探究两个互成角度的力的合成规律课件PPT

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高中同步学案优化设计GAO ZHONG TONG BU XUE AN YOU HAU SHE JI第三章2023内容索引课前篇 自主预习课堂篇 探究学习学习目标1.验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则。(科学探究)2.进一步练习作图法求两个共点力的合力。(科学思维)思维导图课前篇 自主预习[必备知识]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F为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的合力F'的图示,比较F'与F在实验误差允许范围内是否大小相等、方向相同,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、三角板、刻度尺。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O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,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。[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。(　　)解析 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。答案 ×(2)记录细绳的方向时,沿细绳方向在细绳下白纸上点两个相距较远的点即可。(　　)解析 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。答案 √(3)每次实验时,只要记录弹簧测力计的示数就可以了。(　　)解析 每次实验时,要记录弹簧测力计的示数和细线的方向。答案 ×(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°。(　　)解析 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。答案 ×2.(2021广东清远高一期末)某实验小组做验证力的平行四边形定则的实验,步骤如下:(1)将橡皮条的一端固定在水平木板上,用弹簧测力计将橡皮条的另一端水平拉到某点,将该点确定为“O”点,此时拉力F的大小如图所示,其示数为　　　　 N。通过一系列实验,成功验证了力的平行四边形定则。 (2)现使用两只弹簧测力计互成角度同时水平拉橡皮条,将橡皮条的另一端拉到某点,记下这两个拉力的方向,由弹簧测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=3.0 N和F2=4.0 N。若用量角器量得这两个力之间的夹角恰好为90°,则这两个力的合力大小为　　　　 N。 解析 (1)拉力F的示数为3.6 N;(2)两个力的合力大小答案 (1)3.6　(2)5.0课堂篇 探究学习[情境探究]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。[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。(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。[实例引导]例1验证力的平行四边形定则的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'变式训练1 在验证力的平行四边形定则的实验中,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(如图所示)。实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项:A.两根细绳必须等长B.橡皮条应与两绳夹角的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.用两个弹簧测力计拉绳套时,两测力计示数要保持相同E.用两个弹簧测力计拉绳套时,两测力计拉力方向要互成90°角,便于求两个力的合力其中正确的是　　　　　(填字母)。 解析 在本实验中细绳只记录作用力的方向,两绳不必等长;两力合成时,其合力方向不一定在两分力的夹角平分线上,因此,不必使橡皮条与两绳夹角的平分线在同一直线上,实验时弹簧测力计应与木板平面平行,使读数与绳作用力相等,则C项正确,A、B错误;两测力计拉绳套时,两力的大小可以不同,两力的方向也不一定要互相垂直,夹角不宜太大,也不宜太小,D、E错误。答案 C[情境探究]本实验中对两只弹簧测力计有何要求?使用时应注意哪些问题?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,直至读数相同为止。(2)①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。②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。③读数时应正对、平视刻度。④两弹簧测力计同时拉细绳时,夹角适当大些,但也不能过大。[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。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个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向。[实例引导]例2(2021浙江宁波高一期末)在探究两个互成角度的力的合成规律的实验中,(1)下列操作有利于减小实验误差的是　　　　　　。 A.两个分力的夹角尽量大于150°B.拉橡皮条时,拉力要适当大些C.拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板D.确定拉力方向时,在细绳正下方描出的两个点要适当远些(2)某次实验时两个分力大小分别为2.00 N和1.50 N,夹角小于90°,若实验操作无误,其合力的读数为如图所示中的一个,则正确的读数为　　　　　　 N。 解析 (1)两个分力的夹角尽量大小合适,不能太大,也不要太小,故A错误;拉橡皮条时,拉力要合适,太大容易超过橡皮条的弹性限度,故B错误;为了减小实验误差,拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板,故C正确;确定拉力方向时,在细绳正下方描出的两个点要适当远些,这样确定的方向误差更小,故D正确。(2)在探究两个互成角度的力的合成规律的实验中两个分力之间的夹角既不能太大,也不能太小,所以一般取该夹角在30°~90°之间。如果某次实验时两个分力大小分别为2.00 N和1.50 N,夹角为直角时合力的大小 ,由于夹角为锐角,所以这两个力的合力应大于2.50 N,有可能是3.00 N。答案 (1)CD　(2)3.00 N变式训练2做验证力的平行四边形定则的实验时:(1)除已有的器材(方木板、白纸、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外,还必须有　　　和　　　。 (2)下列操作正确的是(　　)A.每次将橡皮条结点拉到同样的位置B.每次把橡皮条拉直C.每次准确读出弹簧测力计的示数D.每次记准细绳的方向(3)在验证力的平行四边形定则实验中得到如下数据,请根据选择的标度在方框中作图完成实验数据的处理。答案 (1)弹簧测力计　橡皮条(2)ACD　(3)作图如下: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。答案 C2.(2021福建宁德高一期末)某同学用如图所示的实验装置来探究力的平行四边形定则。如图甲所示,先用两根弹簧测力计一起拉橡皮筋,使橡皮筋伸长到O点;再改用一根弹簧测力计拉橡皮筋,也使橡皮筋伸长到O点。实验时,分别读出弹簧测力计的示数,并在贴于木板的白纸上记录O点的位置及拉线的方向。(1)本次实验需要用到带细绳套的橡皮筋,图乙中最合适的是　　　　; (2)某次弹簧测力计的指针位置如图丙所示,弹簧测力计示数为　　　　 N; (3)某同学在坐标纸上画图求合力,如图丁所示,已知两个力F1和F2,坐标纸中小格的边长表示0.1 N,用作图法求出两个力的合力,并在图中标注合力大小。解析 (1)应选用适当长一些的细绳套,这样在描绘力的方向的时候更准确,故选③。(2)由于最小刻度为0.1 N,因此弹簧测力计的读数为3.97 N。(3)根据力的平行四边形定则,以F1,F2为邻边作平行四边形,对角线即为合力的大小,如图所示。答案 (1)③　(2)3.97(3.95~3.99均可)　(3)见解析