鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 科学探究:力的合成集体备课ppt课件

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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.进一步练习用作图法求两个共点力的合力。(科学思维)
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一、实验原理让两个互成角度的共点力F1和F2作用于某一物体,并产生明显的作用效果;然后用一个力F来代替F1和F2,产生同样的作用效果。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找出其中的规律。二、实验器材木板、橡皮筋、细线、弹簧测力计、图钉、白纸、铅笔、　　　　、　　　　　。 
三、实验步骤1.在铺有白纸的木板上,将橡皮筋一端用图钉固定于A点,另一端与两细线打一个结点。两细线分别挂上弹簧测力计。
2.分别用力拉两只弹簧测力计,用铅笔标出结点被拉伸到的位置,记为O点。记下此时两只弹簧测力计的示数F1、F2,并沿两细线标记出力的方向。
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　　　　　　　　,并画出对角线F'。 4.用力拉一只弹簧测力计,同样将结点拉到　　　　处,记下此时弹簧测力计的示数F,并沿细线标记出力的方向。作出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。
(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筋伸长的长度相同。(　　)(2)记录细绳的方向时,在细绳下白纸上点两个相距较远的点即可。(　　)
解析 此处力的作用效果是指把橡皮筋末端拉到同一位置,不仅伸长的长度相同,拉的方向也相同。
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。
(3)每次实验时,只要记录弹簧测力计的示数就可以了。(　　)(4)用两弹簧测力计拉橡皮筋时,两弹簧测力计间的夹角应取90°。(　　)
解析 每次实验时,要记录弹簧测力计的示数和细线的方向。
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。
有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则。在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的质量相等,当系统静止时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3,回答下列问题:
(1)(多选)改变钩码个数,实验能完成的是( 　　)A.钩码的个数N1=N2=2,N3=4B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4C.钩码的个数N1=N2=N3=4D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5
(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是(　　)A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量(3)在作图时,你认为下图中　　　　　(选填“甲”或“乙”)是正确的。 
解析 (1)实验中的分力与合力的大小关系必须满足|F1-F2|≤F3≤F1+F2,因此B、C、D选项是可以的。(3)实验中F3是竖直向下的,所以甲图正确。
探究一　实验原理与操作
如图所示,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筋伸直,所以与AO共线的合力表示由单个弹簧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。
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橡皮筋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筋时拉力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。
名师点睛　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。
典例1　“验证力的平行四边形定则”实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,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筋时力的大小和方向,所以F'与AO的方向相同。
针对训练1在验证力的平行四边形定则时,先将橡皮筋的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时,需要两次拉伸橡皮筋,一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮筋,另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮筋。(1)实验对两次拉伸橡皮筋的要求中,下列说法正确的是　　　　。(填字母代号) A.将橡皮筋拉伸相同长度即可B.将橡皮筋沿相同方向拉到相同长度C.将弹簧测力计都拉伸到相同刻度D.将橡皮筋和绳的结点拉到相同位置
(2)同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的做法是　　　。(填字母代号) A.两细绳必须等长B.弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平行C.用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大D.拉橡皮筋的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些
解析 (1)该实验的关键是等效替代,故选B、D。(2)由实验操作步骤可知应选B、D。
探究二　数据处理与误差分析
(1)本节实验中对两只弹簧测力计有何要求?(2)使用弹簧测力计时应注意哪些问题?
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,直至相同为止。(2)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。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。读数时应正对、平视刻度。
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,将橡皮筋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。(3)在不超出弹簧测力计量程及橡皮筋弹性限度的前提下,弹簧测力计示数、橡皮筋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一个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向。
典例2　在“探究求合力的方法”的实验中某同学的实验情况如图所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳。(1)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
(2)本实验中,采取下列哪些方法和步骤可以减小实验误差　　　　。 A.两个分力F1、F2间的夹角越大越好B.拉橡皮筋的细绳要稍长一些C.实验中,弹簧测力计必须与木板平行D.读数时视线要正对弹簧测力计刻度
解析 (1)本实验是采用等效替代的方法,当两个力作用使橡皮筋结点O伸长到某一点,另一个力作用也使橡皮筋结点O伸长到同一点时,这个力就是前两个力的合力,B选项正确。(2)本实验中两弹簧测力计所拉绳间的夹角一般在60°到120°之间较合适,A错误;为了减小误差,便于确定两拉力的方向,拉橡皮筋的细绳要稍长一些,且必须使橡皮筋、细绳、弹簧测力计都与木板平行,细绳要与弹簧测力计轴线在同一直线上,读数时视线要正对弹簧测力计刻度,B、C、D均正确。
针对训练2“探究求合力的方法”的实验装置如图甲所示。
(1)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图甲所示。其中,细绳CO对O点的拉力大小为　　　　　 N; 
(2)请将图甲中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图乙上。由图求出合力的大小F合=　　　　 N;(保留两位有效数字) 
(3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣,于是,他将刻度尺与弹簧测力计平行放置,如图丙所示,利用读得的数据,他得出了弹簧的劲度系数。那么,该弹簧的劲度系数k=　　　　　 N/m。(保留两位有效数字) 
解析 (1)由图甲可读出CO对O点的拉力大小为2.60 N。(2)在图乙上的画图如图所示,结合作图可求得合力大小为5.1 N。
(3)由图丙可知,弹簧测力计0刻度线对应5.0 mm,2.60 N对应48.4 mm,由胡
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是橡皮筋,轻质小圆环挂在橡皮筋的下端;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,橡皮筋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,可更换橡皮筋,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,若更换橡皮筋,则不能验证力的平行四边形定则,选项C正确,B、D错误。
2.(2023重庆南岸高一期末)验证“力的平行四边形法则”的实验。实验室提供了两个规格完全一样的弹簧测力计(量程为0~10 N),两根不可伸长的细绳、一根橡皮筋等,实验操作如图所示。(1)下列说法正确的是　　　　。 A.应使橡皮筋与两绳夹角的平分线在同一直线上B.实验前,需测出橡皮筋的原长C.同时改变两个弹簧测力计的拉力,结点可能保持在位置O1D.实验中若发现两弹簧测力计所测拉力的合力与用一个弹簧测力计所测的拉力未完全重合,说明实验存在问题,需重新实验
(2)改变F1、F2,进行第二次实验,记下结点位置O2,位置O2　　　　(选填“必须”或“不必”)与位置O1相同。 (3)实验中,用两个弹簧测力计同时拉橡皮筋,两绳夹角为60°,两个弹簧测力计示数均为6 N,请说明这样操作　　　　　(选填“合理”或“不合理”),理由是　 　 。 
只用一个弹簧测力计拉橡皮筋时会超过其量程
解析 (1)用两细绳拉橡皮筋时,只要确保拉到同一位置即可,不一定要使橡皮筋与两绳夹角的平分线在同一直线上,选项A错误;实验中只要保证两次橡皮筋拉到同一位置即可,不需要测出橡皮筋的原长,选项B错误;同时改变两个弹簧测力计的拉力,作用效果可能相同,则结点可能保持在位置O1,选项C正确;由于实验中总存在误差,两弹簧测力计所测拉力的合力与用一个弹簧测力计测的拉力不一定完全重合,只要在误差允许范围内,就可以说明“力的平行四边形定则”成立,选项D错误。
(2)改变F1、F2,进行第二次实验,记下结点位置O2,因为是两次不同的实验,所以位置O2不必与位置O1相同。
(3)这样操作不合理。实验中,两个弹簧测力计的量程相同且为10 N,用两个弹簧测力计同时拉橡皮筋时,两绳夹角为60°,两个弹簧测力计示数均为
用一个弹簧测力计拉橡皮筋时会超过其量程。
3.如图甲所示,某同学用安装好的实验器材做“验证力的平行四边形定则”的实验,图中A为固定橡皮筋的图钉。某次实验,使用两个弹簧测力计同时拉细绳套,将橡皮筋与细绳的结点拉到O点,OB和OC为细绳,记录下两个弹簧测力计的读数及细绳的连接情况,在白纸上作出力F1和F2的图示如图乙所示。
请回答下列问题。(1)关于实验操作的说法正确的是　　　　。 A.细绳套应该适当长一点,便于确定力的方向B.用弹簧测力计拉细绳时,细绳要与白纸平行C.在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等 
(2)请在图乙中作出F1和F2的合力的图示。(3)根据所作的图示,测量出合力的大小为　　　　N。(结果保留两位有效数字)