第3章 4 第3课时 实验：探究两个互成角度的力的合成规律(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理必修第一册（人教版2019）

第三章　相互作用——力 4　力的合成和分解 第3课时　实验：探究两个互成角度的力的合成规律 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 甲 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 谢谢观看 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 科学 探究 1．通过实验探究两互成角度的力的合成所遵循的规律。 2．进一步练习作图法求两个共点力的合力。 一、实验原理 1．合力F′的确定：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果都是使橡皮条伸长到同一点，则F′就是F1、F2的合力。 2．合力理论值F的确定：根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示。 3．平行四边形定则的验证：比较F和F′的大小和方向是否相同。 二、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两支)、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉(若干)。 三、实验步骤 1．钉白纸：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。 2．拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。 3．两力拉：用两支弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图所示。记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。 4．一力拉：只用一支弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。 5．改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次。 四、数据处理 1．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示。 2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的F′的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示。 3．比较F′和平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同。 五、误差分析 1．弹簧测力计使用前没调零会造成误差。 2．使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间有摩擦力存在会造成误差。 3．两次测量拉力时，橡皮条的结点O没有拉到同一点会造成偶然误差。 4．两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，会造成偶然误差。 六、注意事项 1．结点O (1)定位O点时要力求准确； (2)同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变。 2．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几何作图法作出平行四边形，求出合力。 一、实验原理与操作 做“探究二力合成的规律”的实验时： (1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外，还必须有______________和____________。 (2)在做上述实验时，在水平放置的木板上垫上一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上，另一端结两个细绳套，通过细绳用两个互成角度的弹簧测力计拉橡皮条，使结点移到某一位置O，此时需记下：①____________；②________________；③____________。然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长，使结点到达______________，再记下_______________________。 (3)在某次实验中，某同学的实验结果如图所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置。图中________是力F1与F2的合力的理论值；________是力F1与F2的合力的实验值。通过把________和________进行比较，验证平行四边形定则。 [解析]　(1)除已有的器材外，还应有三角板和橡皮条。 (2)实验中要记录橡皮条拉伸至O点的位置、弹簧测力计的读数及力的方向即细绳的方向。 (3)F是F1与F2合力的理论值；F′是F1与F2合力的实际值；比较F和F′，验证结果。 [答案]　(1)三角板　橡皮条 (2)①O点位置　②细绳所指方向　③相应弹簧测力计读数　同一位置O点　弹簧测力计读数和细绳方向 (3)F　F′　F　F′ 二、实验数据处理 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，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)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图乙所示，F的大小为____________N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个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点为作用点，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。 [解析]　(1)由题图乙可知，F的大小为4.0 N。 (2)①画出力F1、F2的图示，如图所示。 ②用刻度尺量出F合的线段长约为20 mm，所以F合大小为4.0 N，量出合力箭头处到y轴的距离和所作合力在y轴投影的长度，则F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。 [答案]　(1)4.0　(2)①见解析图　②4.0　0.05 1．某同学利用如图所示的装置验证力的平行四边形定则。图甲中GE是橡皮条，轻质小圆环挂在橡皮条的下端；图乙中用两个互成角度的拉力F1、F2将小圆环拉至O点；图丙中用一个拉力F将小圆环仍拉至O点。下列说法正确的是(　　) A．进行图乙中的操作时，拉力F1、F2的方向一定相互垂直 B．在图乙、丙中，橡皮条必须沿竖直方向拉伸 C．在图乙、丙中，必须将小圆环拉至相同的位置 D．图乙操作完成后，可更换橡皮条，继续完成图丙所示的实验步骤 解析　进行图乙中的操作时，只需两拉力F1、F2的大小、方向明确，不一定相互垂直，选项A错误；图乙、丙中的实验产生的效果相同，就是将小圆环拉至相同的位置，图乙操作完成后，若更换橡皮条，则不能验证力的平行四边形定则，选项C正确，B、D错误。 答案　C 2．(2023·佛山月考)将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图甲所示。这时弹簧测力计读数可从图中读出。请根据实验回答以下问题。 (1)本实验需用到的器材除方木板、白纸、弹簧测力计、三角板、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔外，还必须有________。 (2)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为________N和________N。 (3)在图乙的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。 乙 (4)通过测量，得到合力大小为________N。 解析　(1)研究合力与分力的关系中除了给出的器材外，还需要用到橡皮筋。 (2)由题图可知，弹簧秤的最小分度为0.1 N；故拉力的大小分别为4.00 N和2.50 N。 (3)取如图所示的两格表示0.5 N，则可得出F1、F2，由题图甲得出两力的方向；作出平行四边形，即其对角线的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，故两个力及它们的合力图示如图所示。 (4)通过测量合力的长度可得，合力大小为4.72 N。 答案　(1)橡皮筋　(2)4.00　2.50 (3)见解析图　(4)4.72 3．(2023·全国乙卷)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤： (1)用图钉将白纸固定在水平木板上。 (2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并________。(多选，填正确答案标号) A．用刻度尺量出橡皮条的长度 B．用刻度尺量出两细线的长度 C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置 D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向 (3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。 (4)选择合适标度，由步骤(2)的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。 (5)比较F′和F的________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 解析　(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向，故选C、D。 (3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。 (5)比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 答案　(2)CD　(3)相同位置　(5)大小和方向 $$