【实验:探究两个互成角度的力的合成规律】优质新授课件

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(3)F是理论值,存在误差,不一定与橡皮筋伸长方向共线。F′是用一把弹 簧秤拉橡皮筋时的拉力,是实际值,一定与橡皮筋伸长方向共线。
[答案] (1)弹簧测力计的轴线和细线没在一条直线上 (2)C (3)C
题型2 数据处理与分析
[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以及两个弹簧测力计拉力的大小和 方向,并按相同标度作出力的图示,如图甲所示。
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。
题型1 实验原理与操作 [典例1] 在“互成角度的两个共点力的合成”的实验中,请回答下列问 题:
(1)某同学在做实验时,弹簧秤平行于板面,如图所示放置,然后记录力 的大小和方向,请你指出这样操作的错误之处:___________________。 (2)关于此实验,下列叙述中正确的是________。 A.两个分力F1、F2的大小要适当小一些 B.两个分力F1、F2间夹角越大越好 C.拉橡皮筋时,弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行 D.弹簧秤应先在竖直方向调零
实验:探究两个互成角度的力的合成规律
一、实验目的
1.练习用作图法求两个力的合力。 2.探究互成角度的两个力的合成遵循平行四边形定则。 二、实验原理
1.合力F的确定:把一端固定的同一根橡皮条另一端拉伸到某点,一次 只用一个力F的作用,另一次用两个共点力F1与F2的共同作用,则F为F1 和F2的合力。
答案:(1)11.40 F′ (2)B
4.某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验时,主要步骤 是:
A.在桌面上放一块方木板,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
(2)结点受三个力作用处于平衡状态,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,橡皮筋的拉力不是 合力,故B错;两分力可以同时大于合力,而橡皮筋的拉力与两弹簧测力 计的拉力的合力等大,故A对;只有保证结点在同一位置才能说明作用效 果相同,故C对;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。
2.操作与记录
(1)两力拉:如图乙所示,用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环,小 圆环受到拉力F1、F2的共同作用。使橡皮条伸长,小圆环到达某一位置 O。用铅笔描下小圆环O点的位置和两弹簧测力计的方向,并记录两弹簧 测力计的读数F1和F2。 (2)一力拉:改用一个力F单独拉小圆环,仍使它处于O点,如图丙所示, 用铅笔描下弹簧测力计的方向,并记录弹簧测力计的读数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____________。 解析:步骤C中应记录两细绳套的方向,步骤E中应将结点拉至O点。 答案:(1)C E (2)记录两细绳套的方向 将结点拉至O点
(2)用两个弹簧测力计和用一个弹簧测力计拉时,应将橡皮条结点拉至同 一位置,选项A正确;用弹簧测力计同时拉细绳时,夹角不能太太,也不 能太小,有利于作图即可,选项B错误; 测量力的实验要求尽量准确,为 了减小实验中因摩擦造成的误差,操作中要求弹簧测力计、细绳、橡皮条 都应与木板平行,选项C正确;本实验是来探究合力与分力的关系,既包 括方向的关系也包括大小的关系,因此应作出力的图示而不是示意图来探 究合力与分力的关系,选项D错误。
注意:①两种情况下,F与F1、F2共同作用效果相同。 ②F等于F1、F2的合力。
五、数据处理分析
1.以O为力的作用点,用力的图示法画出拉力F1、F2和F。 2.用虚线把拉力F的末端分别与F1、F2的末端连接,如图丁所示,猜想 所围图形的形状。
3.用作图工具进行检验所画图形的形状。
4.改变拉力F1和F2的大小和方向,重做上述实验,检验所围成的图形是 不是平况下F1和F2的合力图示,并用F表示此 力。
(2)有关此实验,下列叙述正确的是________。 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,需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
(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,根据平行四边 形定则作出F1、F2的合力F′的图示,若________________,则平行四边 形定则得到验证。
解析:(1)要测量装满水的水壶的重力,需记下水壶静止时电子秤的示数 F。
(2)要画出平行四边形,则需要记录分力的大小和方向,所以在白纸上记 下结点O的位置的同时,还要记录三根细线的方向以及电子秤的示数F1。 (3)已经记录了一个分力的大小,还要记录另一个分力的大小,则结点O的 位置不能变化,力的方向也不能变化,所以应使结点O的位置和三根细线 的方向与图乙中重合,记录电子秤的示数F2。 (4)根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示,若F和F′在误差允许 的范围内重合,则平行四边形定则得到验证。
(3)在实验中有同学画了以下的力图,图中F1、F2是用两个弹簧秤同时拉 橡 皮 筋 时 各 自 的 拉 力 , F′ 是 用 一 个 弹 簧 秤 拉 橡 皮 筋 时 的 拉 力 ; 画 出 了
F1、F2、F′的图示,以表示F1、F2的有向线段为邻边画平行四边形,以 F1、F2交点为起点的对角线用F表示,在以下四幅图中,只有一幅图是合 理的,这幅图是________。
六、误差分析
偶然误差
产生原因 读数
作图
减小方法 正视、平视弹簧测力计的刻度 (1)两分力夹角在60°~120°之间 (2)弹簧测力计的读数适当大些
七、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,否则应校正零位 (无法校正的要记录下零误差)。还需用钩码检查是否存在示值误差,若存 在,应加以校正。
(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] (1)如图所示
(2)AC (3)张华
题型3 实验拓展与创新 [典例3] 一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物 品,在家中验证力的平行四边形定则。
(1)如图甲,在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶________时
电子秤的示数F。
(2)如图乙,将三根细线L1、L2、L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤 的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉开细线L1,在白纸上记下结点O的 位置、______________和电子秤的示数F1。
(3)如图丙,将另一颗墙钉B钉在与O在同一水平线的适当位置上,并将L1 拴在其上。手握电子秤沿着图乙中L2的方向拉开细线L2,使____________ 和三根细线的方向与图乙中重合,记录电子秤的示数F2。
[解析] (1)弹簧测力计的轴线和细线没在一条直线上。
(2)两个分力F1、F2的大小要适当大一些,可以减小误差,故A错误;两个 分力F1、F2间夹角适中即可,不是越大越好,故B错误;拉橡皮筋时,弹 簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行,可以避免产生摩擦, 故C正确;弹簧秤只需水平调零,若竖直调零,会因为弹簧秤本身的自重 引起误差,故D错误。
D.若只增大某一个弹簧测力计的拉力的大小而又要保证橡皮筋结点位置 不变,只需要调整另一个弹簧测力计的拉力的大小即可
(3)图乙是张华和李明两位同学在做以上实验时得到的结果,其中_______ 的实验比较符合实验事实。(力F′是用一个弹簧测力计拉时的图示)
[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。(标上箭头表明方向)
2.合力理论值F′的确定:作出F1和F2的图示,根据平行四边形定则利用 作图法求得合力F′。 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。
三、实验器材
方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、小圆环、细绳套、三角板、 刻度尺、图钉(若干)。
四、实验步骤 1.仪器的安装 (1)钉白纸:将方木板放在水平桌面上,用图钉把一张白纸钉在方木板 上。 (2)固定橡皮条:轻质小圆环挂在橡皮 条的一端,另一端固定,橡皮条的长 度为GE。(如图甲所示)
解析:实验中两次拉伸橡皮条时,应要求两次的作用效果必须完全相同, 即橡皮条被拉伸的方向、长度完全相同,所以答案选B、D。 答案:BD
2.某同学按照图 (a)的方法“探究两个互成角度的力的合成规律”。 (1)本探究需要用到带绳套的橡皮条,图 (b)中最合适的是________。
(2)下列有关该实验的说法中正确的是________。 A.用两个弹簧测力计和用一个弹簧测力计拉时,应将橡皮条结点拉至同 一位置 B.两分力的夹角越大越好 C.弹簧测力计拉伸时应保持和木板平行 D.本实验应作出力的示意图来探究合力与分力的关系 解 析 : (1)“ 探 究 两 个 互 成 角 度 的 力 的 合 成 规 律 ” 中 用 到 带 绳 套 的 橡 皮 条,细绳要略长一点,所以图 (b)中最合适的是C。
5.某同学用如图甲所示的装置“探究两个互成角度的力的合成规律”, 将一木板(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OB方向弹簧测力计的读数为________N;
(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
解析:(1)弹簧测力计的分度值是0.1 N,要估读到下一位,故读数为11.40 N。一定沿OA方向的是用一个弹簧测力计拉的力F′,由于实验误差,平 行四边形对角线不一定沿OA方向。
(2)本实验采用的是等效替代法。
答案: (1)静止 (2)三根细线的方向 (3)结点O的位置 (4)F和F′在误差 允许的范围内重合
1.(多选)在“探究二力合成的规律”时,先将橡皮条的一端固定在水平 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 条,一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,另一次 是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。实验对两次拉伸橡皮条的要求 中,下列哪些说法是正确的( ) A.将橡皮条拉伸相同长度即可 B.将橡皮条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.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
答案:(1)C (2)AC
3.(1)“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验装置如图甲所示,A 为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB、OC为细绳,图乙 是在白纸上根据实验结果画出的图。图甲中OB方向弹簧测力计的读数为 _______N;图乙中的F和F′两力中,方向一定沿OA方向的是_______。
2.被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧不可与外壳 相碰或摩擦。
3.在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同。
4 . 在 具 体 实 验 时 , 两 分 力 间 夹 角 不 宜 过 大 , 也 不 宜 过 小 , 以 60° ~ 120°之间为宜。
5.读数时应正视、平视刻度。
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