4.1.2 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 课件-2022-2023学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册

第4章 力与平衡 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 * 我们已经学习了许多物理量,其中体积、质量、时间、长度的运算所遵循的是代数的加减法则，为什么力的合成要遵循平行四边形定则呢?这种运算法则是否正确呢? 猜想与假设 有同学提出以下猜想： 1.合力的大小只在分力夹角为锐角时遵循平行四边形法则。 2.夹角为直角时，用勾股定理计算，不遵循平行四边形法则。 同学们，你是怎样认为的呢？说说你的猜想。 * 通过实验，了解力的合成与分解 ，知道矢量和标量。 1.尝试提出可探究的物理问题。（物理观念） 2.通过他人的帮助，可以制定科学探究方案，有等效替代的意识。可以使用实验器材获得数据，并形成初步的实验结论。（科学探究） 3.可以根据实验数据形成结论，尝试分析导致实验误差的原因。（科学探究） 4.初步撰写一篇实验报告，并与他人交流探究过程和结果，注意提升科学推理和科学论证能力。（科学探究） * 先用弹簧测力计测出分力F1、F2 及它们的合力F′,再根据平行四边形定则作出分力F1、F2的合力F,比较F′和F的大小和方向。当它们在实验误差允许的范围内相等时，则说明互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则。 【实验原理】 等效替换的思想 方木板一个、白纸一张、弹簧测力计两只、橡皮筋一根、细绳套两个、三角板、刻度尺、图钉、铅笔。 【实验仪器】 * ①把方木板平放在桌面上，用图钉把白纸钉在木板上。 ②用图钉把橡皮筋的一端固定在Ａ点，另一端拴上两个细绳套。 ③用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋的结点伸长到某一位置Ｏ，并用铅笔描下结点Ｏ的位置、两细绳套的方向，并记录下弹簧测力计的示数F1、F2。 ④只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮筋的结点拉到同样的位置Ｏ点，用铅笔描下细绳的方向，记录下弹簧测力计的示数F′。 【实验步骤】 * ⑤按选定的标度作出两只弹簧测力计的拉力F1、F2的图示，并作出F1、F2的合力F的图示。按选定的标度作出F′的图示。 ⑥比较两个力F1、F2的合力F和F′的大小和方向，看在实验误差允许的范围内，两者是否相等。 ⑦改变F1、F2的大小和方向，再重复实验两次。 * 1.用两个弹簧测力计拉细绳套使橡皮筋伸长，绳的结点到达某点O时： 结点O的位置 两弹簧测力计的示数F1、F2 两弹簧测力计拉力的方向 2.用一个测力计重新将结点拉到O点时： 弹簧测力计的拉力大小F及方向。 记录 记录 【主要测量】 * ①弹簧测力计使用前要校零，在竖直位置已校正好零点的弹簧测力计，到水平位置使用时，仍然要重新调零。 ②要选用规格、性能完全相同的两个弹簧测力计。（将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选用；若读数不同应矫正弹簧测力计或另换，直至相同为止）。 ③本实验中，用弹簧测力计测量拉力时，要使三个拉力F1、F2、F和橡皮筋均在平行于纸面的平面内。 【注意事项】 * ④同一次实验中，橡皮筋结点Ｏ位置一定要相同。 ⑤在不超出弹簧测力计量程的条件下，应该尽可能使弹簧测力计的拉力大一些。 ⑥用作图法作分力F1、F2的合力F时要准确，图要尽可能画得大些，以使测量值的最后一位估读数字在图上能准确表示出来。 * 1．弹簧测力计本身的误差。 2．读数误差和作图误差。 3．两分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差也越大。 【误差分析】 * 减小误差的方法: a．弹簧测力计使用前要校准零点。 b．方木板应水平放置。 c．弹簧伸长方向和所测拉力方向应一致,并与木板平行。 d．两个分力和合力都应尽可能大些，读数时注意弹簧测力计的量程及最小刻度。 e．拉橡皮筋的细线要长些,标记两条细线方向的两点要尽可能远些。 f．两个分力间的夹角不宜过大或过小,一般取60°～120°为宜。 g.在画力的合成图时,要恰当选定标度。 * 例1.某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是： 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．用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点，在橡皮筋的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套。 C．用两只弹簧测力计分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点到达某一位置O.记录下O点的位置，读出两只弹簧测力计的示数。 D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F。 E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮筋使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳套的方向，按同一标度作出这个力F′的图示。 题型一 对实验方法和实验步骤的考查 【典例精析】 * F．比较F′和F的大小和方向，看它们在误差允许范围内是否相同，得出结论。 上述步