第3章 第4节 第2课时 实验：探究两个互成角度的力的合成规律（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第一册（教科版2019）

第2课时　实验：探究两个互成角度的力的合成规律 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系。 2．学习用等效替代的思想探究矢量合成的方法。 实验器材 木板、橡皮筋、细绳、轻质小圆环、两个弹簧测力计、图钉、白纸、铅笔、刻度尺、三角板。 实验原理 1．实验的基本方法——等效替代法。 2．设计思路 (1)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。 (2)用一个力F来代替F1和F2，产生同样的作用效果。 (3)测出F1、F2和F，比较它们的大小和方向，找出规律。 实验步骤 1．在桌上平放一块木板，在木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在木板上。 2．用图钉把橡皮筋的一端固定在木板上的K点，橡皮筋的自然长度为KE。用一根细绳把橡皮筋的E端与轻质小圆环连接起来，如图(a)。 3．从小圆环上再引出两根细绳，用两个弹簧测力计分别勾住这两根细绳，互成角度地用力F1和F2拉小圆环，使橡皮筋伸长，使小圆环到达某一位置O，如图(b)所示。 4．用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出并记录两个弹簧测力计的示数F1、F2。(在使用弹簧测力计的时候，要注意使弹簧测力计与木板平面平行) 5．只用一个弹簧测力计钩住连接小圆环的细绳，通过细绳把小圆环拉到同样的位置O，读出并记录弹簧测力计的示数F，记下细绳的方向，如图(c)所示。 数据分析及结论 取下白纸，用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线，按着一定的标度作出两个力F1和F2的图示，再按同一标度作出只用一个弹簧测力计拉动橡皮筋的这个力F的图示，如图(d)。 1．数据分析 比较F1、F2、F的大小和方向，能否看出三者之间的关系？ 试一试，以F1、F2为邻边作平行四边形，并作出对角线F′。 比较F′与合力F的大小和方向，看它们在误差范围内是否大小相等，方向相同。 2．实验结论：对角线F′和合力F在误差范围内重合，说明两个共点力合成时，用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则此两邻边间的平行四边形的对角线所代表的力就是合力。 误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 作用效果误差 两次测量拉力时，连接橡皮筋的小圆环要拉到同一位置 读数误差 弹簧测力计数据在允许的条件下尽量大些，读数时眼睛要正视弹簧测力计刻度盘 作图误差 两分力夹角不能太大或太小，作图时两力的对边—定要平行 系统误差 弹簧测力计本身的误差 选较精确的弹簧测力计，使用前要进行调零 弹簧测力计与纸面之间的摩擦误差 尽量让弹簧测力计不接触纸面 注意事项 1．结点 (1)定位小圆环时要准确； (2)同一次实验中连接橡皮筋小圆环位置必须保持不变。 2．拉力 (1)用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向； (2)应使橡皮筋、弹簧测力计和细绳位于与纸面平行的同一平面内； (3)两个分力F1、F2间的夹角不要太大或太小。 3．作图 (1)在同一次实验中，选定的比例要相同； (2)严格按力的图示要求和作图法作出F1、F2及F之间满足的关系，求出合力。 二、他版教材实验多融通 (一)粤教版教材实验方案　 [差异解读] 1．实验器材的改进 (1)用画有等间距的圆盘替代木板。 (2)用汇力圆环固定橡皮筋和细绳套。 2．实验原理的不同 (1)汇力圆环与定位圆重合，以保证分力的共同作用效果与合力的作用效果相同。 (2)分力与合力的方向都沿射线方向。 (3)分力的大小和方向可在射线上根据所选标度直接标出。 (二)人教版教材实验方案　 [差异解读] 操作步骤相似，但人教版使用的是橡皮条。 实验基本操作 [典例]　在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，某同学将橡皮条的一端固定于A点。 (1)用两个弹簧测力计将橡皮条的另一端拉至O点，其中一个弹簧测力计的示数如图所示，则其示数为________N。 (2)在分别读出两个弹簧测力计的示数F1和F2后，还必须记录的是________。 A．两细绳套的夹角 B．两个细绳套的方向 C．橡皮条伸长后的总长度 D．细绳套的长度 (3)改用一个弹簧测力计将橡皮条的另一端再次拉到O点，记下弹簧测力计示数F及细绳套的方向。用力的图示法在纸上画出表示三个力的箭头，以F1和F2的线段为邻边作平行四边形，并作出F1和F2之间的对角线F′，发现对角线F′与F不重合，实验误差产生的原因有哪些？(写出一个原因即可)___________________________________________________ __________________________________________________________________________。 (4)关于本实验，下列说法中正确的是___