高中物理一轮复习课件：实验：探究两个互成角度的力的合成规律.pptx

实实验：探究两个互成角度的力的合成规验：探究两个互成角度的力的合成规律律把握经典实验方案把握经典实验方案一、实验原理与操作一、实验原理与操作1原理装置图原理装置图互成角度的两个力与一个力产生相同的效果互成角度的两个力与一个力产生相同的效果2操作要领操作要领(1)等效：同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点等效：同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点O位置必须保持不变。位置必须保持不变。(2)拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉(与板面平行与板面平行)，橡皮条、弹簧测力计和细绳套，橡皮条、弹簧测力计和细绳套与板面平行；两分力与板面平行；两分力F1、F2的夹角不要太大或太小。的夹角不要太大或太小。(3)记录：记下每次各力的大小和方向，标记方向的两点尽量远些。记录：记下每次各力的大小和方向，标记方向的两点尽量远些。(4)作图：选定比例要相同，严格按力的图示要求作平行四边形求合力。作图：选定比例要相同，严格按力的图示要求作平行四边形求合力。二、核心关键二、核心关键数据处理数据处理1用铅笔和刻度尺从结点用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两个沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力弹簧测力计的拉力F1和和F2的图示。的图示。2用刻度尺从用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中只用一个弹簧测力点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中只用一个弹簧测力计的拉力计的拉力F的图示。的图示。3用虚线将拉力用虚线将拉力F的箭头端与拉力的箭头端与拉力F1、F2的箭头端连接起来，观察所围成的四边的箭头端连接起来，观察所围成的四边形是否为平行四边形。然后，改变两个力的大小和方向，重做实验，确认所形是否为平行四边形。然后，改变两个力的大小和方向，重做实验，确认所围成的四边形是否为平行四边形。围成的四边形是否为平行四边形。融通多彩实验方案融通多彩实验方案粤教版新教材粤教版新教材互成角度的力的合成方法互成角度的力的合成方法要点解读要点解读1拉橡皮筋时，使汇力圆环每次都与定位圆重合，保证分力拉橡皮筋时，使汇力圆环每次都与定位圆重合，保证分力F1、F2的共同作用的共同作用效果与合力效果与合力F的作用效果相同。的作用效果相同。2合力和分力的方向都沿射线方向。合力和分力的方向都沿射线方向。3力的大小和方向可依据射线上的刻度和角度圆上选定的标度直接画出。力的大小和方向可依据射线上的刻度和角度圆上选定的标度直接画出。 归归纳共性实验关键纳共性实验关键1不变的实验原理不变的实验原理(1)保证两个分力的共同作用效果与一个力单独作用的效果相同。保证两个分力的共同作用效果与一个力单独作用的效果相同。(2)作出两个分力的图示和合力的图示，然后用虚线将分力作出两个分力的图示和合力的图示，然后用虚线将分力F1、F2的箭头端与合力的箭头端与合力F的箭头端连接起来，看是否围成平行四边形。的箭头端连接起来，看是否围成平行四边形。2必备的实验器材必备的实验器材橡皮筋、细绳套、弹簧测力计、铅笔。橡皮筋、细绳套、弹簧测力计、铅笔。3共同的注意事项共同的注意事项(1)在同一次实验中，使橡皮筋拉长时的结点位置一定相同。在同一次实验中，使橡皮筋拉长时的结点位置一定相同。(2)在合力不超出量程的情况下，拉力应尽量大些。在合力不超出量程的情况下，拉力应尽量大些。(3)弹簧测力计读数时眼睛一定要平视，读数要符合有效数字的读数规则。弹簧测力计读数时眼睛一定要平视，读数要符合有效数字的读数规则。一、基础考法保住分一、基础考法保住分考查点考查点(一一)实验原理与操作实验原理与操作1某某同学同学做做“探究两个互成角度的力的合成规律探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其的实验情况如图甲所示，其中中A为固定橡皮条的图钉，为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，为橡皮条与细绳的结点，OB和和OC为细绳。图乙为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。是在白纸上根据实验结果画出的图。(1)如果没有操作失误，图乙中的如果没有操作失误，图乙中的F与与F两力中，方向一定沿两力中，方向一定沿AO方向的是方向的是_。(2)本实验采用的科学方法是本实验采用的科学方法是_。A理想实验法理想实验法 B B等效替代法等效替代法C控制变量法控制变量法 D D建立物理模型法建立物理模型法(3)实验时，主要的步骤是：实验时，主要的步骤是：A在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B用图钉把橡皮条的一端固定在板上的用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；细绳的另一端系着绳套；C用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置点到达某一位置O。记录下。记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和和F2的图示，的图示，并用平行四边形定则求出合力并用平行四边形定则求出合力F；E只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F的图示；的图示；F比较比较F和和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中：上述步骤中：有重要遗漏的步骤的标号是有重要遗漏的步骤的标号是_和和_；遗漏的内容分别是遗漏的内容分别是_和和_。答案：答案：(1)F(2)B(3)CEC中应加上中应加上“记下两条细绳的方向记下两条细绳的方向”E中中应说明应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置把橡皮条的结点拉到同一位置O”关键点拨关键点拨(1)本实验的方法是等效替代法。本实验的方法是等效替代法。(2)为保证在同一次实验中，两次拉橡皮条的作用效果相同，必须保证结点位置一为保证在同一次实验中，两次拉橡皮条的作用效果相同，必须保证结点位置一定相同。定相同。(3)在记录弹簧测力计拉力的方向时，用铅笔点的两个定位点间距应稍大些。在记录弹簧测力计拉力的方向时，用铅笔点的两个定位点间距应稍大些。(4)在同一次实验中，用平行四边形定则确定的合力方向可与橡皮条不在一条直线在同一次实验中，用平行四边形定则确定的合力方向可与橡皮条不在一条直线上，但单独用一个弹簧测力计时拉力的方向一定与橡皮条在同一直线上。上，但单独用一个弹簧测力计时拉力的方向一定与橡皮条在同一直线上。考查点考查点(二二)数据处理与误差分析数据处理与误差分析2某某学习小组在课外做学习小组在课外做“探究两个互成角度的探究两个互成角度的力力的的合成规律合成规律”的实验。的实验。(1)该实验需要用到如图甲所示的弹簧测力计，并用对拉的方法选该实验需要用到如图甲所示的弹簧测力计，并用对拉的方法选择择弹弹簧测力计。有两种选择方案，方案一：两弹簧测力计竖直悬挂在铁架台上对拉；簧测力计。有两种选择方案，方案一：两弹簧测力计竖直悬挂在铁架台上对拉；方案二：两弹簧测力计置于尽量光滑的水平桌面对拉，下列说法正确的是方案二：两弹簧测力计置于尽量光滑的水平桌面对拉，下列说法正确的是_。A弹簧测力计使用前必须进行调零弹簧测力计使用前必须进行调零B对拉的两个弹簧测力计的量程需一致对拉的两个弹簧测力计的量程需一致C若方案一的两弹簧测力计读数相等，则可正常使用若方案一的两弹簧测力计读数相等，则可正常使用D若方案二的两弹簧测力计读数相等，则可正常使若方案二的两弹簧测力计读数相等，则可正常使用用(2) 该学习小组使用的弹簧测力计量程为该学习小组使用的弹簧测力计量程为5.00 N，将橡皮条一端固定，将橡皮条一端固定，先先用两只弹簧测力计将橡皮条另一端拉到某一位置，标记为用两只弹簧测力计将橡皮条另一端拉到某一位置，标记为O点，点，紧紧靠靠细绳标记细绳标记A、B两点及记录弹簧测力计读数；然后用一只弹簧测两点及记录弹簧测力计读数；然后用一只弹簧测力力计将计将其拉至其拉至O点，紧靠细绳标记点，紧靠细绳标记C点及记录弹簧测力计读数，该小组完成的某次实点及记录弹簧测力计读数，该小组完成的某次实验数据记录在图乙中。验数据记录在图乙中。为探究两个互成角度的力的合成规律，请按实验要求在图乙中完成作图；为探究两个互成角度的力的合成规律，请按实验要求在图乙中完成作图；结合图乙，分析实验过程与结果，请至少给出一个方案以减小该实验的实验误结合图乙，分析实验过程与结果，请至少给出一个方案以减小该实验的实验误差：差：_。解：解：(1)对拉弹簧测力计是为了校准两弹簧测力计，但是在校准前必须要调零，然对拉弹簧测力计是为了校准两弹簧测力计，但是在校准前必须要调零，然后在水平面上对拉两弹簧测力计，若其读数相等，则可正常使用，竖直方向上对后在水平面上对拉两弹簧测力计，若其读数相等，则可正常使用，竖直方向上对拉时考虑弹簧自身重力的影响，并且与弹簧的量程无关，所以拉时考虑弹簧自身重力的影响，并且与弹簧的量程无关，所以A、D正确，正确，B、C错误。错误。(2) 如图所示。如图所示。适当增大两细绳的夹角或增大适当增大两细绳的夹角或增大A、B两点到两点到O点的距离点的距离。答案：答案：(1)AD(2)见解析图见解析图适当增大两细绳的夹角或增大适当增大两细绳的夹角或增大A、B两点到两点到O点点的距的距离离关键点拨关键点拨(1)实验前应检查两弹簧测力计是否可正常使用。实验前应检查两弹簧测力计是否可正常使用。(2)使用弹簧测力计时，拉力方向沿弹簧测力计轴线，可以减小摩擦影响。使用弹簧测力计时，拉力方向沿弹簧测力计轴线，可以减小摩擦影响。(3)读数时视线应正对测力计刻度线，可以减小读数误差。读数时视线应正对测力计刻度线，可以减小读数误差。(4)画力的图示时，所选的标度应小些，两分力间的夹角应适当大些，这样作出的画力的图示时，所选的标度应小些，两分力间的夹角应适当大些，这样作出的图形较大，作图误差相对较小。图形较大，作图误差相对较小。3某探究小组做某探究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律探究两个互成角度的力的合成规律”实验，将画有坐标轴实验，将画有坐标轴(横轴横轴为为x轴，纵轴为轴，纵轴为y轴，最小刻度表示轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示。将所示。将橡皮筋的一端橡皮筋的一端Q固定在固定在y轴上的轴上的B点点(位于图示部分之外位于图示部分之外)，另一端，另一端P位于位于y轴上的轴上的A点时，橡皮筋处于原长。点时，橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的用一只测力计将橡皮筋的P端沿端沿y轴从轴从A点拉至坐标原点点拉至坐标原点O，此时拉力，此时拉力F的大小的大小可由测力计读出。测力计的示数如图可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，所示，F的大小为的大小为_N。(2)撤去撤去(1)中的拉力，橡皮筋中的拉力，橡皮筋P端回到端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将次将P端拉至端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由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测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N和和F25.6 N。()用用5 mm长度的线段表示长度的线段表示1 N的力，以的力，以O为作用点，在图为作用点，在图(a)中画出力中画出力F1、F2的的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合合；()F合合的大小为的大小为_ N，F合合与拉力与拉力F的夹角的正切值为的夹角的正切值为_。若若F合合与拉力与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则合力与两的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则合力与两分力的关系符合力的平行四边形定则分力的关系符合力的平行四边形定则。答案：答案：(1)4.0(2)()图见解析图见解析()4.00.05关键点拨关键点拨(1)测力计的精确度为测力计的精确度为0.2 N，读数时应读到牛顿单位的十分位，即以，读数时应读到牛顿单位的十分位，即以N为单位，小为单位，小数点后应保留一位。数点后应保留一位。(2)用用5 mm长度的线段表示长度的线段表示1 N，作出分力，作出分力F1、F2的图示，然后用平行四边形定则的图示，然后用平行四边形定则画出合力画出合力F合合，根据，根据F合合的长度用同一标度算出的长度用同一标度算出F合合的大小。的大小。 二、创新考法不失分二、创新考法不失分创新角度创新角度(一一)实验原理的创新实验原理的创新1 某同学用如图所示的实验装置做某同学用如图所示的实验装置做“探究两个互成角度的力探究两个互成角度的力的的合合成规律成规律”的实验，弹簧测力计的实验，弹簧测力计A挂于固定点挂于固定点P，下端用细，下端用细线线挂挂一重物一重物M。弹簧测力计。弹簧测力计B的一端用细线系于的一端用细线系于O点，手持另点，手持另一一端向端向左拉，使结点左拉，使结点O静止在某位置，分别读出弹簧测力计静止在某位置，分别读出弹簧测力计A和和B的示数，并在贴的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。点的位置和拉线的方向。(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中弹簧测力计，图中弹簧测力计A的示数为的示数为_N。(2)下列不必要的实验要求是下列不必要的实验要求是_。A应测量重物应测量重物M所受的重力所受的重力B弹簧测力计应在使用前校零弹簧测力计应在使用前校零C拉线方向应与木板平面平行拉线方向应与木板平面平行D改变拉力进行多次实验，每次都要使改变拉力进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请提出两个解决的指针稍稍超出量程，请提出两个解决的方法：的方法：_。答案：答案：(1)3.6(2)D(3)使使B拉力减小；减小拉力减小；减小M的重量；把的重量；把A换成量程更大的弹簧换成量程更大的弹簧测力计；改变测力计；改变B的拉力方向等的拉力方向等(任选两个任选两个)答案：答案：(1)没有没有等大反向等大反向(2)1.253(2021年年8省联考省联考河北卷河北卷)为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架，弹簧，直尺，量角器，坐标纸，细线，定滑轮支架，弹簧，直尺，量角器，坐标纸，细线，定滑轮(位置可调位置可调)两个，钩码若两个，钩码若干。支架带有游标尺和主尺，游标尺干。支架带有游标尺和主尺，游标尺(带可滑动的指针带可滑动的指针)固定在底座上，主尺可固定在底座上，主尺可升降，如图升降，如图1所示。所示。实验步骤如下：实验步骤如下：(1)仪器调零。如图仪器调零。如图1，将已测量好的劲度系数，将已测量好的劲度系数k为为5.00 N/m的弹簧悬挂在支架上，的弹簧悬挂在支架上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线，调节支架竖直。调整主尺高度，使在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线，调节支架竖直。调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐。滑动指针，对齐挂钩上的主尺与游标尺的零刻度对齐。滑动指针，对齐挂钩上的O点，固定指针。点，固定指针。(2)搭建的实验装置示意图如图搭建的实验装置示意图如图2。钩码组。钩码组mA40 g，钩码组，钩码组mB30 g，调整定滑轮，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针。实验中保持定点重新对准指针。实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得36.9，53.1，由图，由图3可读出游标卡可读出游标卡尺示数为尺示数为_cm，由此计算出弹簧拉力的增加量，由此计算出弹簧拉力的增加量F_N。当地重力加。当地重力加速度速度g为为9.80 m/s2。(3)请将第请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图框中做出，用平行四边形定步中的实验数据用力的图示的方法在图框中做出，用平行四边形定则做出合力则做出合力F。(4)依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较F和和F的大小和方向，得出结论。的大小和方向，得出结论。实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果_(填写填写“有有”或或“无无”)影响影响。(4)在求解合力的过程中，求解的是弹簧弹力的变化量，所以小钩码的重力对实验结在求解合力的过程中，求解的是弹簧弹力的变化量，所以小钩码的重力对实验结果无影响。果无影响。答案：答案：(2)9.780.489(3)见解析图见解析图(4)无无创新角度创新角度(三三)数据处理的创新数据处理的创新4某同学通过下述实验探究两个互成角度的力的合成规律。某同学通过下述实验探究两个互成角度的力的合成规律。实验步骤：实验步骤：将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。 如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，另一如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，另一端端用用圆珠圆珠笔尖笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡橡皮皮筋两端的位置筋两端的位置标记标记为为O1、O2，记录弹簧测力计的示数，记录弹簧测力计的示数F，测量并，测量并记记录录O1、O2间的距离间的距离(即橡皮筋的长度即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所，测出所对应的对应的l，部分数据如下表所示：，部分数据如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05找出找出中中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉，橡皮筋的拉力记为力记为FO O。在测力计挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，如图在测力计挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，如图乙乙所所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使挂钩的示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使挂钩的下下端端达到达到O点，将两笔尖的位置标记为点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋，橡皮筋OA段的拉力段的拉力记记为为FOA，OB段的拉力记为段的拉力记为FOB。完成下列作图和填空：完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图丙中画出利用表中数据在图丙中画出F-l图线，根据图线求得图线，根据图线求得l0_cm。.(2)测得测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则，则FOA的大小为的大小为_N。(3)根据给出的标度，在图丁中作出根据给出的标度，在图丁中作出FOA和和FOB的合力的合力F的图示。的图示。(4)通过比较通过比较F与与_的大小和方向，即可得出实验结论的大小和方向，即可得出实验结论。解析：解析：(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线直线)将各点连接起来，不在直线上的将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。如图点均匀分布在直线的两侧。如图1所示，由图线可知与横轴的交点所示，由图线可知与横轴的交点l010.00 cm。(2)橡皮筋的长度橡皮筋的长度lOAOB13.60 cm，由图，由图1可得可得F1.80 N，所以，所以FOAFOBF1.80 N。(3)利用给出的标度作出利用给出的标度作出FOA和和FOB的图示，然后以的图示，然后以FOA和和FOB为邻边作出平行四边为邻边作出平行四边形，过形，过O点的对角线即为合力点的对角线即为合力F，如图，如图2所示所示。(4)FO O的作用效果和的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，两个力的作用效果相同，F是是FOA、FOB两个力两个力的合力，所以只要比较的合力，所以只要比较F和和FO O的大小和方向，即可得出实验结论。的大小和方向，即可得出实验结论。答案：答案：(1)见解析图见解析图110.00(9.9010.10均可均可)(2)1.80(1.701.90均可均可)(3)见解析图见解析图2(4)FO O