（教师备课专用）浙江省2021高考物理一轮复习第二单元相互作用第9课时实验：探究求合力的方法课件 25页

第9课时　实验:探究求合力的方法 一、实验目的 基础过关 1. 验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。 2. 培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。 二、实验原理   互成角度的两个力 F 1 、 F 2 与另外一个力 F '产生相同的效果,看 F 1 、 F 2 用平行四边形定则求出的合力 F 与 F '在实验误差允许范围内是否相同。 三、实验器材 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳套、弹簧测力计两个、三角板、刻 度尺、铅笔。 四、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 A 点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。 3. 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套 , 互成角度地拉橡皮条 , 使橡皮条与细绳 套的结点伸长到某一位置 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. 只用一只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. 改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再做两次实验。 五、数据处理 1. 用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两 只弹簧测力计的拉力 F 1 和 F 2 的图示,并以 F 1 和 F 2 为邻边用刻度尺和三角板作 平行四边形,过 O 点画平行四边形的对角线,此对角线即合力 F 的图示。 2. 用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤 4 中弹簧测力计 的拉力 F ‘ 的图示。 3. 比较 F 与 F '是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。 六、注意事项 1. 同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:将两只弹簧测力计调零后互 钩对拉,读数相同。 2. 在同一次实验中,使橡皮条拉长时,结点 O 的位置一定要相同。 3. 用两只弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不 宜太小,在60 ° ~100 ° 为宜。 4. 实验时弹簧测力计应与木板平行,读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度,在 合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些。 5. 细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直 线,应在细绳套末端用铅笔画一个点,移开细绳套后,再将所标点与 O 点连接, 即可确定力的方向。 6. 在同一次实验中 , 画力的图示所选定的标度要相同 , 并且要恰当选取标度 , 使 所作力的图示稍长一些。 七、误差分析 1. 弹簧测力计本身的误差。 2. 读数误差和作图误差。 3. 两分力 F 1 、 F 2 间的夹角 θ 越大,用平行四边形定则作图得出的合力 F 的误差Δ F 也越大。 考点突破 考点一　实验原理与操作 　　用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、 两细绳方向和结点 O 的位置),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录” (记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点 O 的位置必须在同一 位置)等。 例1 　在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,在另一 端系上带有绳套的两根细绳。实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是用两个弹 簧测力计通过两细绳套互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧测力计通 过细绳套拉橡皮条。 (1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列说法正确的是 　　　     (填字母代号)。 A.将橡皮条拉伸相同长度即可 B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 C.将弹簧测力计都拉伸到相同刻度 D.将橡皮条与绳的结点拉到相同位置 (2)同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是 　     　     (填字母代号)。 A.两细绳必须等长 B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行 C.用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大 D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些 (3)本实验采用的科学方法是 　　　     (填字母代号)。 A.理想实验法　　 B.控制变量法 C.等效替代法　　 D.建立物理模型法 答案 　(1)BD　(2)BD　(3)C 解析 　(1)本实验的目的是探究求合力的方法,即研究合力与分力的关系。根 据合力与分力是等效的,本实验要使橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度相同, 故A说法错误,B说法正确;在白纸上标下第一次将橡皮条和绳的结点拉伸到 的位置,第二次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置,表明两次效果相同,而弹 簧测力计不必拉到相同刻度,故C说法错误,D说法正确。 (2) 用两个弹簧测力计通过两细绳套互成角度地拉橡皮条时 , 并非要求细绳等 长 , 故 A 不符合题意 ; 为了减小实验中的误差 , 应使弹簧测力计、细绳、橡皮条 都与木板平行 , 故 B 符合题意 ; 用两弹簧测力计同时拉细绳时 , 两弹簧测力计示 数之差不能太大,故C不符合题意;为了更加准确地记录力的方向,拉橡皮条的 细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,故D符合题意。 (3)该实验采用的方法为等效替代法,故选C。 变式1 　某实验小组用如图所示的装置做“验证力的平行四边形定则”实验。 (1)下面关于此实验的说法,不正确的一项是 　　　　　　　     。 A.如图甲,用两个弹簧测力计把橡皮条的一端拉到 O 点时,两个弹簧测力计之 间的夹角必须取90 ° ,以便算出合力的大小 B.用一个弹簧测力计拉橡皮条时(如图乙),必须保证仍把橡皮条的一端拉到 O 点 C.实验中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正视弹簧测力计的 刻度 D.拉橡皮条的细线要稍长一些,用以标记细线方向的两点距离要远些 (2)图丙是某同学得到的实验结果,其中 　　　　　　　     (选填“ F ”或“ F '”)表示的是用一个弹簧测力计拉橡皮条时的结果。 答案 　(1)A　(2) F ' 解析 　(1)用两个弹簧测力计把橡皮条的一端拉到 O 点时,两个弹簧测力计之 间的夹角不一定要取90 ° ,大小适当即可,选项A错误;用一个弹簧测力计拉橡 皮条时,必须保证仍把橡皮条的一端拉到 O 点,以保证等效性,选项B正确;实验 中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正视弹簧测力计的刻度, 选项C正确;拉橡皮条的细线要稍长一些,用以标记细线方向的两点距离要远 些,选项D正确。 (2) F '是合力的实验值,与 OA 共线,则 F '表示的是用一个弹簧测力计拉橡皮条时 的结果。 考点二　数据处理和误差分析 例2 　将橡皮条的一端固定在 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,当把橡皮条与细绳的结点拉到 O 点时,两根细绳相互垂直,如图甲所 示,这时弹簧测力计的读数可从图中读出。 (1)由图甲可读出两个相互垂直的拉力的大小分别为 　　　     N和 　　　     N。 (2) 在如图乙所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。 (3) 图丙中 a 、 b 两图是两位同学得到的实验结果 , 其中 　     图符合实际 , 若合 力测量值 F ' 是准确的 , 则 F 与 F ' 有误差的原因可能是 　　　　　　　　　         。 答案 　(1)2.50　4.00(或4.00　2.50) (2)见解析图 (3)b　误差原因见解析 解析 　(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N,读数时应估读一位, 所以读数分别为2.50 N和4.00 N。 (2)取一个小方格的边长表示0.50 N,作出两个力 及它们的合力如图所示。 (3) F ' 是用一个测力计拉橡皮条得到的 , 其方向一 定在橡皮条所在直线上 , 所以 b 图符合实际。产 生误差的原因主要有弹簧测力计读数偏差 , 分力方向确定不够准确等。 变式2 　(1)在“探究求合力的方法”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水 平木板上的 A 点,另一端系两个细绳套。实验中用两个弹簧测力计分别拉住 两个细绳套,互成角度地施加拉力,使橡皮条与绳的结点伸长到纸面上某一位 置 O ,如图甲所示。下面①~⑥是接下来的实验步骤,请将横线上的内容补充 完整: ①用铅笔描下结点位置,记为 O ; ②记录两个弹簧测力计的示数 F 1 、 F 2 和两个细绳套的方向; ③只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条与绳的结点仍拉到位置 O ,记录 测力计的示数 F 和细绳套的方向; ④按照力的图示要求,作出拉力 F 1 、 F 2 、 F ;   甲 ⑤根据力的平行四边形定则作出 F 1 和 F 2 的合力 F '; ⑥通过比较 F 和 　　　     的大小和方向,即可得出结论。 (2)为什么两次拉橡皮条要将结点拉到同一位置?           。 (3)在图乙所示的正方形方格纸上按作图法的要求作出 F 1 和 F 2 的合力 F ',若选 定相邻两个小方格边长的长度表示大小为1 N的力,则 F '= 　　　     N。 乙 答案 　(1) F '　(2)两次将结点拉到同一位置,是为了使橡皮条产生形变的大小 和方向相同,即合力和分力的作用效果相同　(3)图见解析　2.5 解析 　(1)通过对根据力的平行四边形定则合成的合力 F '与用一个弹簧测力 计把橡皮条的结点仍拉到位置 O 时所用的力 F 作比较,即可得出实验结论。 (2)本实验应用等效替代的方法,即两次将结点拉到同一位置,从而使橡皮条 产生形变的大小和方向相同,即合力和分力的作用效果相同。 (3)根据平行四边形定则画出合力,然后根据题目给的“每相邻两个小方格边 长的长度代表1 N”来算出合力的大小,则 F '=2.5 N。