探究活动八 探究两个互成角度的力的合成规律-【实验探究报告】2022高中必修第一册物理

实验目的 1.知识与技能 (1)掌握力的平行四边形定则,知道它是力的合成的基本规律. (2)初步运用力的平行四边形定则求解共点力的合力;能从力的作用效果理 解力的合成、合力与分力的概念. (3)会用作图法求解两个共点力的合力,并能判断其合力随夹角的变化情 况,掌握合力的变化范围,会用直角三角形知识求合力. 2.过程与方法 (1)能够通过实验演示归纳出互成角度的两个共点力的合成遵循平行四边 形定则. (2)培养学生动手操作能力、物理思维能力、观察能力、分析能力、协作能力、 创新思维能力、表达能力. (3)培养学生设计实验、观察实验现象、探索规律、归纳总结的能力. 3.情感态度与价值观 (1)培养学生的物理思维能力和科学研究的态度. (2)培养学生热爱生活、实事求是的科学态度,激发学生探索与创新的意识. (3)培养学生合作、交流、互助的精神. 重点难点 ▶ 重点 1.通过实验归纳出力的平行四边形定则. ·44· 探究活动八 2.力的平行四边形定则的理解和应用. ▶ 难点 1.对物体进行简单的受力分析、通过作图法确定合力. 2.合力与分力间的等效替代关系,尤其是合力的大小与两个分力间夹角的 关系. 实验准备 方木板、白纸、弹簧测力计两只、橡皮条、细绳套两个、三角板、刻度尺、图钉、 铅笔、量角器. 实验原理 合力与分力具有等效性和可替代性.合力与分力的等效性即合力的作用效 果与所有分力的作用效果相同.等效性决定了可替代性,所有分力可以替代为一 个力作用在物体上,这个力就是所有分力的合力.这正是本实验的原理.两个力 共同作用使橡皮条拉伸到结点O,一个力单独作用也使橡皮条拉伸到结点O,这 个力就等于两个力的合力. 实验过程与结论 1.如图所示,把方木板平放在桌面上,用图钉把白纸钉在方木板上,再用图 钉把橡皮条的一端固定在A 点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳套. ·54· 2.用两个弹簧测力计拉住两个细绳套,互成一定角度将橡皮条位伸一定的 长度,保持橡皮条的伸长方向和弹簧测力计的拉伸方向在同一平面内. 3.用描点法记下橡皮筋末端的所在位置O 及两弹簧测力计的拉力F1、F2 的大小和方向. 4.撤去一个弹簧测力计,只用一个弹簧测力计再次拉动橡皮筋使之末端到 达O 点,记下此时弹簧测力计的拉力F 的大小和方向. 5.选取一定的比例,在白纸上作出F1、F2 及F 的力的图示,则F1、F2 为分力,F 为合力. 经实验可得到F1、F2 及F 的图示. 贴F1、F2 及F 的图标处 实验反思 1.使用弹簧测力计之前应检查指针是否在零刻度线上,即弹簧测力计不悬挂 重物时指针应对准零刻度线,否则要加以调整.在进行本实验时,要使秤的弹簧与 木板平面平行,橡皮条、细绳套和弹簧测力计应位于和纸面平行的同一平面内,拉 力应沿着弹簧测力计的轴线方向,要避免弹簧测力计挂钩与纸面之间的摩擦. 2.实验操作时,每次都要使橡皮条的结点拉到同样的位置O,因为在本实验 中合力与其分力作用的等效性是通过橡皮条发生相同的形变来表现的. ·64· 探究活动八 3.作图时比例标度的选择要适当,尽量使力的图示稍大一些,这有可能会使 实验的图解值准确一些. 巩固练习 1.在图板上固定好一张 ,将 的一端固定在G 处,过G 画 一条标记线GO. 2.用两个弹簧测力计钩住 下端的线圈E,拉至O,标好 (橡皮条要与标记线重合),记下两个拉力F1、F2 的 及其 . 然 后 用 一 个 把 橡 皮 条 拉 至 O 点,记 下 拉 力 F 的 .力F 对橡皮条作用的 与F1 和F2 共同作用的 相 同,所以力F 就是F1 和F2 的合力. 3.如图所示,物体受到大小相等的两个拉力作用,每个拉力都是20 N,夹角 是60°,求这两个力的合力. 4.某小组在研究“共点力的合成”时得到的实验结果如图所 示,图中F'与A、O 共线,A 端为固定橡皮条的图钉,O 为橡皮条与 细线的结点. (1)需要进行比较的是 和 ,通过本 实验可以验证 。 ·74· (2)实验中所说的合力与两个分力具有相同的效果是指 ( ) A.弹簧测力计的弹簧被拉长 B.固定橡皮条的图钉受拉力产生形变 C.细线套受拉力产生形变 D.使橡皮条在某一方向上伸长到某一长度 5.“探究求合力的方法”的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. (1)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 6.在“探究求合力的方法”实验中,所用到的实验器材有方木板、白纸、橡皮 条、细绳套两根、图钉几个、弹簧测