物理人教版（2019）必修第一册 第三章 相互作用——力 4 力的合成和分解 第一课时　实验探究两个互成角度的力的合成规律课件

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第三章 相互作用——力第1课时 实验:探究两个互成角度的力的合成规律题组 一　实验原理及操作1.某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”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示。（1）如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是　　　　。（2）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BF′（3）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板上的A点，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个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E.只用一个弹簧测力计，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F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是　　　　和　　　　；②遗漏的内容分别是　　　　　　　　　　　　　 　和　　　　　 　　　　　　　。ECC中应在白纸上记下两个弹簧测力计的方向　E中应将橡皮条的结点拉到同一位置O点 AAB D（1）本实验的目的是验证力的合成遵循平行四边形定则，故选A。（2）①在实验过程中，弹簧测力计的拉力方向必须与木板平行，故选A。②用一个弹簧测力计拉橡皮条时，拉力与橡皮条在一条直线上；根据力的平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，作图法得到的合力与实验值有一定的差别，故B图符合实验事实。（3）画平行四边形时，夹角稍大画出的平行四边形就会准些，但不是夹角越大越好，如果夹角很大可能使合力很小，作图法求得的合力误差会较大，故A错误；数据处理时我们需要画出力的大小和方向，所以力适当大些可减小测量误差对实验的影响，但是并非越大越好，如果太大可能导致合力太大，只用一个弹簧测力计拉橡皮条时，量程不够，故B错误；弹簧测力计的外壳与纸面接触没有影响，只要弹簧不与外壳摩擦即可，故C错误；在白纸中作图时，作出的是水平力的图示，若拉力倾斜，则作出的力的方向与实际力的方向有较大差别，故应使各力尽量与纸面平行，为了减小因摩擦造成的误差，弹簧及钩子不与弹簧测力计的外壳及纸面接触，故D正确。3. 某同学利用如图所示的装置来探究两个互成角度的力的合成规律：在竖直木板上铺上白纸，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，当系统达到平衡时，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）改变钩码个数，实验能完成的是（ 　）A.钩码个数N1=N2=2，N3=4 B.钩码个数N1=N3=3，N2=4C.钩码个数N1=N2=N3=4 D.钩码个数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ABCD（3）在作图时，你认为图中　　　　（选填“甲”或“乙”）是正确的。甲（1）对O点受力分析，如图所示。OA、OB、OC分别表示三个力的大小，由于三个共点力处于平衡状态，所以OC等于OD，因此三个力的大小构成一个三角形。2、2、4不可以构成三角形，则结点O不能处于平衡状态，故A错误；3、3、4可以构成三角形，则结点O能处于平衡状态，故B正确；4、4、4可以构成三角形，则结点O能处于平衡状态，故C正确；3、4、5可以构成三角形，则结点O能处于平衡状态，故D正确。（2）为探究两个互成角度的力的合成规律，必须作力的图示，所以先明确受力点，即标记结点O的位置，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，从力的三要素角度出发，要记录钩码的个数和记录OA、OB、OC三段绳子的方向和结点O的位置，故A正确，B、C、D错误。（3）以O点为研究对象，F3的实际作用效果在OC这条线上，由于误差的存在，F1、F2的理论值与实际值有一定偏差，故甲图符合实际，乙图不符合实际。4.在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮条、细绳套和一个弹簧测力计。（1）为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：请在图中画出图像，并求得该弹簧的劲度系数k=　　　　N/m。55题组 二　实验数据处理及误差分析（2）某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图所示，其读数为　　　　N；同时利用（1）中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N，请在虚线框内画出这两个共点力的合力F合的图示。（3）由画出的图示得到F合=　　　　N。（4）某次实验中甲、乙两位同学得到的结果如图所示，其中　　　　同学的实验结果比较符合实验事实（力F′是用一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力的图示）。2.103.40甲（5）在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学的实验中，造成误差的主要原因是（至少写出两种情况）___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 FB的大小比真实值偏大； FB的方向比真实方向偏左；FC的大小比真实值偏小；FC的方向比真实方向偏左；作图时两虚线分别与FB线和FC线不严格平行。 题组 三　实验改进与创新5.某同学用如图甲所示的装置探究求合力的方法。将一木板（图中未画出）竖直放置，与铁架台和轻弹簧所在平面平行。其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：（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，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的　　　　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FA、FB的大小和方向如图丙所示，请在图丙中作出FA、FB的合力F′。（4）已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F′，得出结论：　　 　 　。3.60方向在实验误差允许的范围内F和F′相等　（2）根据实验原理，要记录细绳套AO、BO的方向和拉力大小，拉力大小由弹簧测力计读出，分度值为0.1 N，估读一位，B弹簧测力计的读数为3.60 N。（3）由平行四边形定则作图。（4）在实验误差允许的范围内F和F′相等。题组 四　新高考适应练6. ［2018天津卷］ 某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材：方木板一块、白纸、量程为0~5 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）具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有　　　　。A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B.重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C.使用弹簧测力计时，施力方向应沿弹簧测力计轴线，读数时视线应正对弹簧测力计刻度D.用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个弹簧测力计时的拉力（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　　　　。BCB（1）A错：两绳套拉力的合力不一定沿两绳套夹角的角平分线。B对：同一次实验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉橡皮条结点O的位置相同，不同次实验结点O的位置可以不同。C对：为减小摩擦和误差，施力方向应沿弹簧测力计轴线，读数时视线应正对弹簧测力计刻度。D错：合力可以比分力大，也可以比分力小。（2）为了提高实验精度，弹簧测力计读数应尽可能大一些，标注细绳套方向的两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些。故选B。7.某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500 N/m。如图甲所示，用弹簧OC和弹簧测力计a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下：（1）若弹簧测力计a、b间夹角为90°，弹簧测力计a的读数是　　　　N（如图乙所示），则弹簧测力计b的读数可能为　　　　N。（2）若弹簧测力计a、b间夹角大于90°，保持弹簧测力计a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧测力计b与弹簧OC的夹角，则弹簧测力计a的读数　　　　，弹簧测力计b的读数　　　　 。（均选填“变大”“变小”或“不变”）4.003.00变大变大 8.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，另一端用圆珠笔笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示： 完成下列作图和填空：（1）利用表中数据在图所示坐标纸上画出F-l图线，根据图线求得l0=　　　　cm。（2）测得OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，则FOA的大小为　　　　N。1.80　10.00（3）根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力的图示。（4）通过比较F′与　　　　的大小和方向，即可得出实验结论。10.00 9.［2017全国Ⅲ卷］某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验时，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm）的纸贴在水平桌面上，如图甲所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（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）用一个弹簧测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由弹簧测力计读出。弹簧测力计的示数如图乙所示，F的大小为　　　　N。4.0（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个弹簧测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向，由弹簧测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。①用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图甲中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；②F合的大小为　　　　N，F合与拉力F的夹角的正切值为　　　　。若F合与拉力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。4.00.05  与O点重合两个弹簧测力计的示数及两根细绳套的方向 不影响F′不正确（1）还应该记录下两个弹簧测力计的示数及两根细绳套的方向。（2）为保证两次弹簧测力计拉力的效果相同，两次都应该把结点拉到同一点，所以O′点应该与O点重合。（3）由图知F是由平行四边形定则画出的合力，所以方向和AO′在一条直线的是F′。（4）本实验若将OB、OC绳套更换为弹性绳，仍然能得到每个力的大小和方向，故不影响实验结果；该实验中两线的夹角尽量在60°～120°之间，但并不是一定是哪几个特殊值。所以该同学的观点不正确。11.［2022河南南阳高一期末］某同学用如图所示的实验装置验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计B挂于竖直木板上的固定点C，下端用细线挂一重物M，如图所示。手持弹簧测力计A拉结点O，分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。（1） 本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中B的示数为　　　　N。（2）下列关于实验的要求不正确的是　　　　。A. 拉线方向应与木板平面平行B. 弹簧测力计应在使用前调零C.改变拉力，进行多次实验，每次都要记录拉力的方向与大小D.与弹簧测力计相连的细绳应尽量短些3.45　D（3）某次实验，稳定后，该同学读出两个弹簧测力计的示数大小分别为2.00 N和1.50 N，两弹簧测力计间的夹角小于90°，若实验操作无误，则物体的重力大小可能是　　　　（填符号）。A. 1.00 N B. 2.00 N C. 3.00 N D.4.00 NC（1）由题图可知，弹簧测力计的分度值为0.1 N，需要估读到分度值的下一位，所以弹簧测力计的示数为3.45 N。（2）A对：拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性；B对：弹簧测力计是测出力的大小，所以要准确必须在测之前校零；C对：因为要根据平行四边形定则作图，所以每次都要记录拉力的方向；D错：与弹簧测力计相连的细绳应尽量长些，这样方便记录方向。 12.［2022山东菏泽高一期末］小明同学在学完力的合成与分解后，在家里做验证力的平行四边形定则的实验。他找来5个同样大小的玻璃球（每个球的重力均为G）、两个小塑料袋、一根橡皮筋、毫米刻度尺、三角板、细线、图钉和白纸等，按如下步骤进行实验。A.将木方凳横放在桌面上，使板面部分露出桌面，把白纸用图钉固定在方凳的竖直板面上；B.把5个玻璃球装在塑料袋里，用橡皮筋悬挂塑料袋，测出塑料袋静止时橡皮筋伸长的长度，记为L；C.在两个塑料袋里分别放2个、3个玻璃球，用细线跨过钉子P把两个塑料袋相连，用另一条细线ON在第一条细线上打结，结点为O，如图所示。D.用橡皮筋拉住细线ON，使结点O处于静止，同时记录有关实验信息：E.以1个玻璃球的重力作为单位长度的力，在白纸上做出相应力的图示，以表示两个力的有向线段为邻边作出平行四边形，找到相应的对角线，用刻度尺测量出对角线的长度。根据上述实验过程，回答下列问题：（1）在步骤D中需要记录的信息主要有①　 　 　　，②　　 　　，③　 　和M、P点的位置：（2）在步骤D中，若橡皮筋的伸长量为l，则橡皮筋上的拉力为　　　　；（3）只要做出的对角线的长度接近　　　　单位长度，且与OM几乎在　　　　上，就可以验证力的平行四边形定则。橡皮筋的伸长量ON的方向O点的位置 3一条线 谢 谢