3.4.1 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必修第一册

3.4.1力的合成与分解 ——实验：探究两个互成角度的力的合成规律 必修第一册&第三章 相互作用—力 授课教师：YANG 生活中，很多力都是作用在同一个物体上 新课引入 观察下面的情景图片，结合生活经验思考：两位小孩对水桶施加的两个力与一个大人对水桶施加的一个力，就“提起水桶”这一作用效果而言，相同吗？他们可以相互代替吗？ 效果相同 等效替换 分力 合力 一、合力和分力—等效替代 1. 共点力 几个力如果都作用在物体的 ，或者它们的作用线 ，这几个力叫作共点力。 同一点　 相交于一点 2. 合力与分力 （1）合力：假设一个力 作用的效果跟某几个力 作用的效果 ，这个力就叫作那几个力的合力。 （2）分力：假设几个力 作用的效果跟某个力 作用的效果相同，这几个力叫作那个力的分力。 单独　 共同　 相同　 共同　 单独　 一、合力和分力—概念(p72) 等效替代 合力和分力是在效果上的等效替代关系： （1）等效性：合力的作用效果与分力的作用效果相同； （2）瞬时性：各个分力与合力具有瞬时对应关系，分力变化，合力也发生变化； （3）同体性：各个分力与合力均作用在同一物体上。 F F1 F2 温馨提示：合力与几个分力作用效果相同，实际它们并不同时存在，在受力分析时不能同时出现 思考：合力和分力是物体同时受到的力吗？ 一、合力和分力—关系 【易错辨析】 1. 作用在一个物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，则这两个力一 定是共点力。 （　×　） 2. 合力的作用可以替代几个分力的共同作用，它与分力是等效替代关系。 （　√　） × √ 一、合力和分力—练习 思考：如图放在地面上的小车受到四个力的作用，你能判断它将向哪个方向运动吗？ 用一个力的单独作用替代以上四个力的共同作用，而效果不变，上述问题就迎刃而解了。这就是我们要讲的力的合成。 二、力的合成规律—思考 效果相同 等效替换 分力 合力 力的合成 力的分解 1.力的合成：我们把求几个力的合力的过程叫做力的合成。 2.力的分解：我们把求一个力的分力的过程叫做力的分解。 二、力的合成规律—合成与分解概念(p73) 1.两个力同向合成： F1=4N F2=3N 2.两个力反向合成： F1=4N F2=3N 同一直线上力的合成 反向相减 同一直线上力的合成结论： 同向相加 二、力的合成规律—同一直线上 思考：互成角度的两个共点力，如何得到合力的大小和方向呢？ 互成角度的两个共点力还是简单的加减吗？有没有什么可遵守的规律吗？ 二、力的合成与分解—互成角度的共点力合成 F F1 F2 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 1.实验原理 如图所示，分别用一个力F、互成角度的两个力F1、F2，使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同； 根据合力的定义，F为F1和F2的合力，作出力F及F1、F2的图示，分析F、F1和F2的关系。 二、力的合成规律—实验探究 2.实验器材 方木板，白纸，弹簧测力计(两个)，橡皮条，小圆环，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(若干)，铅笔。 二、力的合成规律—实验探究 3.实验步骤 (1)装置安装：在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的原长为GE。 (2)两力拉：如图乙，在小圆环上系上两个细绳套，用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环，小圆环处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。用铅笔描下O点位置、细绳套的方向，并记录两弹簧测力计的示数F1、F2。 (3)一力拉：如图丙，改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使它处于O点，记下细绳套的方向和弹簧测力计的示数F。 (4)重复实验：改变拉力F1和F2的大小和方向，重复做几次实验。 二、力的合成规律—实验探究 二、力的合成规律—实验探究 4.数据处理 (1)用铅笔和刻度尺从点O沿两细绳套的方向画直线，按选定的标度作出F1、F2和F的图示。 (2)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，此对角线代表的力记为F'，如图丁。 (3)分析多次实验得到的多组数据，比较F与F'在误差允许的范围内是否完全重合，从而总结出两个互成角度的力的合成规律：平行四边形定则。 二、力的合成规律—实验探究 1 0 2 3 4 5 N 1 0 2 3 4 5 N 1 0 2 3 4 5 N 记录效果 记录方向 两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫做平行四边形定则。 A O F理论值为平行四边形对角线 F实际测量值与OA共线 两认清 记录大小 6.实验结论： 二、力的合成规律—实验探究 （1）弹簧测力计使用前没调零会造成误差。 （2）实验时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系统误差。 （3）两次测量拉力时，小圆环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以及F1、F2数值太小，作图时都会造成偶然误差。 6.误差分析 二、力的合成规律—实验探究 (3)角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°~120°之间为宜。 (4)尽量减少误差：在合力不超出弹簧测力计的量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些；细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。 (5)统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。 7.注意事项 (2)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时 的位置一定要相同。 小圆环 (1)弹簧相同：使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使它指在零刻度处，再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，两个测力计的示数相同方可使用。 二、力的合成规律—实验探究 既有大小又有方向，运算时遵从平行四边形定则的物理量 （力，位移，速度，加速度） 矢量 只有大小，没有方向，运算时遵从算数法则的物理量 （质量，路程，功，电流） 标量 我们是如何判断一个物理量是矢量还是标量的呢？ 三、矢量和标量—概念(p74) 力的合成与分解 合力与分力 探究两个互成角度的力的合成规律 共点力 效果相同，等效替代 力的合成与力的分解 实验原理 实验器材 实验步骤 数据分析 注意事项 两次小圆环到达同一位置 记录O点位置、力的方向 力的图示，平行四边形定则 矢量和标量 矢量：大小、方向，相加减时遵循平行四边形定则 标量：大小，相加减时遵从算术法则 课堂总结 20 1. （合力和分力）如图所示，1654年在德国马德堡市，有人做了著名的马 德堡半球实验，各用八匹马组成的两支马队将半球拉开。如果用两头大象 来代替两支马队，这两个半球也能被拉开。下列说法错误的是（　　） A. 一头大象的拉力与八匹马的拉力在作用效果上是相同的 B. 一头大象的拉力可以等效替代八匹马的拉力 C. 一头大象的拉力是八匹马拉力的分力 D. 一头大象的拉力是八匹马拉力的合力 √ 课堂练习 解析：一头大象的拉力与八匹马的拉力的作用效果相同，都是把两个半球分开，所以作用效果相同，一头大象的拉力可以等效替代八匹马的拉力，即一头大象的拉力是八匹马拉力的合力，故A、B、D正确，C错误。本题选说法错误的，故选C。 课堂练习 2. （实验）关于“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，请回答下列 问题： （1）如图甲所示，在实验中把橡皮筋一端用图钉固定于P点，同时用两个 弹簧测力计通过细绳将橡皮筋的另一端拉到位置O，这时除需记录O点位置 外，还需记录 和 （用下列选项中的字母表示）。 A. 橡皮筋伸长的长度 B. 两个弹簧测力计的示数 C. 两条细绳间夹角的大小 D. 两条细绳的方向 B D 课堂练习 解析：在“研究共点力的合成”实验中，把橡皮筋一端用图钉固定于P点，同时用两个弹簧测力计通过细绳将橡皮筋的另一端拉到位置O，这时除需记录O点位置外，为了作出力的图示，还需记录力的大小和方向，即两个弹簧测力计的示数和两条细绳的方向。故选B、D。 课堂练习 （2）某同学做实验，操作时将弹簧测力计平行于板面如图乙放置，然后 记录力的大小和方向，请你指出这样操作的问题 ⁠ ⁠。 弹簧测力计的拉力方向 与细绳上的拉力方向不在同一条直线上 解析：弹簧测力计的拉力方向与细绳上的拉力方向不在同一条直线上，导 致所测拉力的大小误差较大。 课堂练习 （3）某同学完成实验后得到的图形如图丙所示，在所画的四个力中，由 一个弹簧测力计拉橡皮筋得到的力是 ⁠。 F 解析：由图丙可知，F是一个弹簧测力计拉橡皮筋的力，F'是根据平行四边 形定则作出的理论值。 解析： 本实验采用的研究方法是等效替代法，故选D。 （4）在实验中我们采用的研究方法是（　D　） A. 控制变量法 B. 理想模型法 C. 观察、推理和实验法 D. 等效替代法 D 课堂练习 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) $