3.4 力的合成与分解 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 课件-2025-2026学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

3.4　 实验专题： 探究两个互成角度的力的合成规律 高中物理：必修第一册 授课教师：W CONTENTS 目 录 O1 O2 要点突破 O3 O4 课后提升 教学重点 教学难点 教学过程 NO.1 教学目标 教学 重点 教学 难点 实验探究：理平行四边形定则 ⁠ 情景探究 ⁠ 一、合力和分力 1.共点力:几个力如果都作用在物体的同一点,或者它们的作用线相交于一点,这几个力叫作共点力。 2.合力:假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同,这个力就叫作那几个力的合力。 3.分力:假设几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同,这几个力叫作那个力的分力。 二、实验目的 1.练习用作图法求两个力的合力。 2.探究两个互成角度的力的合成规律。 实验探究 三、实验原理 　如果两个互成角度的力F1、F2作用于挂在橡皮条一端的小圆环上,与只用一个力F作用于小圆环上都能使小圆环伸长到同一点,也就是作用效果相同,则F为F1和F2的合力,用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,看所围成的形状是否为平行四边形。 四、实验器材 　方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、轻质小圆环、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔。 五、实验步骤 1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。 2.用图钉把橡皮条的一端固定在G点,橡皮条的另一端挂上小圆环,橡皮条的原长为GE,如图甲所示。 3.用两个弹簧测力计分别勾住小圆环,用手通过两个弹簧测力计共同互成角度地拉动小圆环至某点O,橡皮条伸长的长度为EO。记录两弹簧测力计的读数F1、F2,用铅笔描下O点的位置及此时两弹簧测力计拉力F1、F2的方向,如图乙所示。 4.撤去F1、F2,改用一个力F单独拉住小圆环,仍使它处于O点,橡皮条伸长的长度仍为EO,记录此时弹簧测力计的读数F和F的方向,如图丙所示。 5.改变两个力F1和F2的大小和夹角,再重复上述实验两次。 六、数据处理 1.用铅笔和刻度尺在O点按选定的标度。画出F、F1和F2三个力的图示,如图所示。 2.比较F是不是以F1和F2为邻边所作的平行四边形的对角线。 3.对其他两次实验也做上述处理。 七、误差分析 1.实验中,弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会引起系统误差。 2.两次测量拉力时,小圆环的位置不可能做到完全拉到同一点会造成偶然误差。 3.两个力F1和F2的夹角太小或太大,F、F1和F2数值太小,应用平行四边形定则作图时,都会造成偶然误差。 八、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)。还需用钩码检查弹簧测力计是否存在示值误差,若存在,应加以校正。 2.被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动小圆环时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。 3.在同一次实验中,使小圆环的位置O一定要相同。 4.在具体实验时,两分力F1和F2间的夹角不宜过大,也不宜过小,以60°~120°之间为宜。 5.读数时应正视、平视刻度。 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。 ⁠ 题型一 合力与分力的理解 1.合力与分力的关系:等效替代 同体性 合力与分力对应同一物体 等效性 分力共同作用的效果跟合力单独作用的效果相同 瞬时性 某个分力变化时,合力同时发生变化 2.两个力的合力大小范围:｜F1-F2｜≤F≤｜F1＋F2｜ (1)合力随两分力夹角的增大而减小。 (2)两分力同向时合力最大。 (3)两分力反向时合力最小。 要点归纳 【典例1】在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,某同学的实验情况如图所示,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。 (1)本实验中,采取下列哪些方法和步骤可以减小实验误差 　　　　⁠。  A.两个分力F1、F2间的夹角尽量小些 B.两个分力F1、F2的大小要适当大些 C.拉橡皮筋的细绳要稍短一些 D.实验中,弹簧测力计必须与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计刻度 BD (2)本实验采用的是等效替代法,但若将细绳也换成橡皮筋,则实验结果是否会发生变化? 　　　　⁠(选填“变化”或“不变化”)。  不变化 典例分析 【典例2】一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中探究力的合成规律。 典例分析 (1)如图(a),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。  解析:(1)要测量装满水的水壶的重力,则应记下水壶静止时电子秤的示数F。 答案:(1)静止　 (2)如图(b),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和水壶杯子上。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。  解析:(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,也要记录三根细线的方向以及电子秤的示数F1。 答案:(2)三根细线的方向　 (3)如图(c),将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上,并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2,使 　　　　　⁠和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。  解析:(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,力的方向也都不能变化,所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。 答案:(3)结点O的位置 　 (4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,利用平行四边形法作出F1、F2的合力F'的图示,比较 　　　　　⁠,分析力的合成规律。  解析:(4)比较F和F',即可得到力的合成规律。 答案:(4)F和F' 【典例3】某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情境如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB与OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图,其中F1、F2表示两个弹簧测力计同时拉橡皮条的力,F'表示只用一个弹簧测力计拉橡皮条的力。 (1)在操作无误的情况下,图乙中F、F'两力方向一定沿AO方向的是 　　　　⁠。  解析:(1)F'是用一个弹簧测力计拉橡皮条时的力的图示,F是用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条后根据平行四边形定则得出的理论值。如果没有操作失误,图乙中的两力F与F',方向一定沿AO方向的是F'。 答案:(1)F'　 (2)下列做法,目的是减小实验误差的有 　　　　⁠。  A.细绳应适当长些 B.尽量使F1、F2大小差别大些 C.须使F1、F2的大小相等 A　 (3)本实验采用的科学方法是 　　　　⁠。  A.控制变量法 B.等效替代法 C.理想实验法 B 【典例4】完成“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的几个主要步骤: (1)如图甲,用两个弹簧测力计分别钩住细绳,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,记下结点O的位置,两弹簧测力计的读数F1、F2以及两细绳的方向。 (2)如图乙,用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条的结点拉到 　　　　　　⁠,记下细绳的方向(如图丙中的c),读得弹簧测力计的示数F＝ 　　　　⁠。  同一位置O 4.0 N 解析:(3)①作出力F的图示如图所示。 (3)如图丙,按选定的标度作出了力F1、F2的图示,请在图丙中: ①按同样的标度作出力F的图示。 ②用虚线把F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,能看到所围成的形状像是一个 　　　　　　⁠。  ②F1、F2和F的箭头端连接后如图所示,围成的图形像是一个平行四边形。 答案:(3)①见解析图②平行四边形 1.在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,用两个弹簧测力计把橡皮条的端点拉到O处,如图所示,已经作出拉力F1、F2,图中方格每边长度表示1 N。 (1)利用画平行四边形的方法用直尺、三角板作出F1、F2的合力,由所作的图可知,F1、F2的合力F大小为 　　　　⁠N;  解析:(1)以F1、F2为邻边,作出平行四边形,如图所示。由图可知,合力为F＝1×7 N＝7 N。 答案:(1)7　 课后巩固 (2)用一个弹簧测力计把橡皮条的端点拉到O处,此时拉力为F'。由图可知,F'与F的大小、方向略有偏差,如果此偏差仅由F1的大小引起,则引起偏差的原因是F1的大小比真实值偏 　　　　⁠(选填“大”或“小”)。  解析:(2)合力F'与F的大小、方向略有偏差,如果此偏差仅由F1引起,由图可知F1与F'的夹角比F1与F的大,故F1的大小比真实值偏大。 答案:(2)大 ②如图甲,橡皮条一端固定在木板上,另一端与塑料小环相连; ③如图乙,用一个弹簧测力计拉动小环 　　　　　⁠,记下O的位置,记下弹簧测力计拉力F的大小和方向;  ④用两个弹簧测力计共同拉动小环,使小环拉至O点,分别记录两弹簧测力计拉力F1和F2的大小和方向; ⑤用虚线把F的箭头分别与F1、F2的箭头端相连接,分析力F与F1、F2之间可能存在的关系; ⑥改变两个力F1、F2的大小和方向,重复上述实验,观察是否与第一次得出的结果一致。 2.某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验如图所示。实验中进行了如下操作: ①将木板放在桌面上,用图钉把白纸固定在木板上; (1)拉力F示数如图丁,则F＝ 　　　　⁠N。(结果保留3位有效数字)  解析:(1)弹簧测力计的最小分度为0.1 N,刻度正好指在4.0这条整数线,要估读到精度的下一位,所以弹簧测力计的示数为4.00 N。 答案:(1)4.00　 (2)操作③中横线应填写: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⁠  解析:(2)按照实验原理,两次拉橡皮筋时要将结点(小环)拉到同一位置,即使小环拉至O点。 答案:(2)使小环拉至O点　 (3)进行操作④时,两个力的方向如图丙,存在的问题是: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⁠。  解析:(3)从图丙来看,两个力的角度几乎接近于平角,则F1和F2的夹角过大,易增大误差。 答案:(3)F1和F2的夹角过大,易增大误差 3.某同学用如图所示的装置“探究两个互成角度的力的合成规律”,实验中使用的每个砝码质量均相同,该同学先用不在一个方向上的两根细线通过两组砝码把弹簧拉长至某个位置O',并作好记录;然后再用一根细线通过一组砝码把弹簧拉长至相同位置O'。 (1)本实验主要采用的物理思维方法是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⁠。  解析:(1)本实验主要采用的物理思维方法是等效替代法。 答案:(1)等效替代法　 (2)若“用两根细线通过两组砝码把弹簧拉长”时用的分别是:一组4个砝码,另一组3个砝码,则“再用一根细线通过一组砝码把弹簧拉长”时,砝码个数最多为 　　　　⁠个。  解析:(2)若“用两根细线通过两组砝码把弹簧拉长”时用的分别是:一组4个砝码,另一组3个砝码,则两个分力的合力范围是:1个砝码重力~7个砝码重力,因两个力方向不共线,则“再用一根细线通过一组砝码把弹簧拉长”时,砝码个数最多为6个。 答案:(2)6　 (3)为确保实验成功,本实验中除记录好位置O'之外,还必须要记录的有 　　　 　  解析:(3)为确保实验成功,本实验中除记录好位置O'之外,还必须要记录的有牵引弹簧时细线的方向、牵引弹簧时砝码的个数。 答案:(3)牵引弹簧时细线的方向　牵引弹簧时砝码的个数 课堂总结 作业布置： 返回 对于同一物体产 生相同的效果 已知分力 合力 力的合成 平行四边形定则 以两个共点力为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向 遵循 $