【高中物理】2023-2024学年人教版必修第一册 合力与分力 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 课件.pptx

DISANZHANG第三章第1课时合力与分力实验：探究两个 互成角度的力的合成规律 1.知道共点力的概念，利用等效替代的思想理解合力和分力的关系(重点)。2.探究两个互成角度的力合成时遵循的规律，会根据平行四边形定则用作图法求合力(重难点)。学习目标学习目标 学习目标学习目标内容索引内容索引一、合力与分力二、探究两个互成角度的力的合成规律课时对点练课时对点练三、矢量和标量一合 力与 分 力某班师生在植树节给树浇水，如图所示，老师一人提着一桶水到现场，放下桶，然后小娟、小明共同提起该桶，准备给树浇水，老师的拉力为F，小娟、小明作用在桶上的力分别为F1、F2。(1)F与F1、F2共同作用的效果相同吗？答案相同(2)判断力F、F1、F2中哪些力是分力，哪些力是合力。答案F1为F1和F2的合力，F1、F2为F的分力。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。2.合力和分力假设一个力单独作用的 跟某几个力共同作用的 相同，这个力就叫作那几个力的 ，这几个力叫作那个力的 。梳理与总结同一点相交于一点效果效果合力分力3.合力与分力的关系合力与分力之间是一种 的关系，合力作用的 与分力共同作用的 相同。4.力的合成和分解在物理学中，我们把求几个力的合力的过程叫作力的合成，把求一个力的分力的过程叫作力的分解。等效替代效果效果辨析(1)合力与分力都是客观存在的力。()(2)合力F一定与其分力的作用效果相同。()(3)合力与分力同时作用于物体上。()(4)两分力一定是同一物体受到的力。()二探究两个互成角度的力的合成规律1.实验原理(1)两个力F1、F2共同作用，能把橡皮条末端小圆环拉到某点，一个力F也可以把橡皮条末端的小圆环拉到 ，则F与F1和F2共同作用的_相同，则F等于F1和F2的合力。(2)选择适当的标度，在白纸上作出F1、F2和F的图示，观察三者间的关系，做出猜想。(3)进行检验，得出结论。2.实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、细绳、轻质小圆环、三角板、图钉(若干)、铅笔。同一点效果橡皮条刻度尺3.实验步骤(1)在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲所示，用图钉把橡皮条的一端固定在木板上A点，在橡皮条的另一端挂上轻质小圆环。(2)用两个弹簧测力计分别钩住小圆环，互成角度地拉橡皮条，将小圆环拉到某位置O，用铅笔描下小圆环O的位置和细绳的 ，并记录两弹簧测力计的读数。(3)用一个弹簧测力计拉橡皮条，将小圆环拉到 ，记下弹簧测力计的读数和细绳的 。方向同一位置O方向(4)如图乙所示，利用刻度尺和三角板，按适当的标度作出用两个弹簧测力计拉时的拉力F1和F2的图示以及用一个弹簧测力计拉时的拉力F的图示，观察三者间的关系。做出猜想：F是以F1、F2为邻边的平行四边形的对角线。以F1、F2为邻边画出 ，并画出对角线F。(5)进行验证：比较F与F的大小和方向，若它们在实验误差允许范围内相同，则两个互成角度的力的合成遵循平行四边形定则。平行四边形(6)得出结论：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为 作平行四边形，这两个邻边之间的 就代表合力的大小和方向，如图所示，表示F1与F2的合力。这就是平行四边形定则。邻边对角线F4.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，否则应校零。(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，小圆环的位置O一定要相同。(4)在进行实验时，两分力F1和F2间夹角不宜过大，也不宜过小，以60120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。某学生在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，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、最小分度为0.1 N的弹簧测力计。沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮条的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直(如图甲)，这时弹簧测力计的读数可从图中读出。例1(1)由图可读得两个相互垂直的拉力大小为F1_N，F2_N。4.002.50由题图甲可知，竖直方向上的弹簧测力计的读数为2.50 N，水平方向上的弹簧测力计的读数为4.00 N。读数要估读到最小刻度的后一位。(2)在方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力，并求出合力的近似值F_ N。因为读数2.50 N、4.00 N均是0.50 N的整数倍，所以选方格纸中一个小方格的边长表示0.50 N，应用平行四边形定则，即可画出两个力以及它们的合力，如图所示。对角线长度约为9.4格，即合力约为4.70 N。4.70答案见解析图某同学用如图甲所示的装置“探究两个互成角度的力的合成规律”。将一木板竖直放在铁架台和轻弹簧所在平面后，其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：例2(1)如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；(2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，用两只弹簧测力计将轻弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的_及两弹簧测力计相应的读数。图乙中B弹簧测力计的读数为_ N；方向11.40根据实验原理可知，本实验要记录两分力的大小、方向及合力的大小、方向，其中力的大小通过弹簧测力计的读数获得，力的方向通过细绳套方向获得，故需要记录AO、BO的方向；根据弹簧测力计的读数规则可得题图乙中B弹簧测力计的读数为11.40 N。(3)该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力FA、FB的大小和方向，如图丙所示，请在图丙中作出FA、FB的合力F。丙丙答案见解析图以OFA和OFB两条表示力的有向线段为邻边作平行四边形，再作出两邻边所夹对角线，即理论合力F，如图所示。(4)通过第(3)问作出的图可得出什么结论：_。见解析在实验误差允许的范围内，两共点力的合成遵循平行四边形定则。(2022北京市东城区高一期末)某同学用如图所示装置做“验证力的平行四边形定则”的实验，橡皮筋的一端固定在水平木板上的P点，另一端系有两个绳套。实验中先用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮筋，将橡皮筋结点拉至某一位置O。再只用一个弹簧测力计，通过绳套把橡皮筋结点拉到与前面相同的位置O。(1)为完成该实验，下述必须有的步骤是_。(填正确选项前的字母)A.测量细绳的长度B.测量橡皮筋的原长C.记录弹簧测力计的示数D.记录结点O的位置E.通过细绳记录拉力的方向例3CDE(2)下列关于操作过程的说法正确的是_。(填正确选项前的字母)A.橡皮筋、弹簧测力计和细绳应位于与木板平行的同 一平面内B.两细绳之间的夹角一定要取90，以便计算合力的 大小C.拉橡皮筋的细绳要短一些，标记同一细绳方向的两点要近一些D.弹簧测力计的示数适当大些有利于减小误差E.同一次实验中，用一只弹簧测力计拉橡皮筋时，结点的位置必须与用 两只弹簧测力计拉时的位置重合ADE(3)“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。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是_。本实验采用的科学方法是_。A.理想实验法 B.等效替代法C.控制变量法 D.建立物理模型法FB三矢 量和 标 量1.矢量既有大小又有 ，相加时遵从 的物理量。2.标量只有大小，没有 ，相加时遵从算术法则的物理量。方向平行四边形定则方向对矢量和标量的理解，下列选项正确的是A.矢量和标量的区别只是有无方向，运算法则是一样的B.矢量和标量的区别不仅是有无方向，运算法则也不同C.位移、时间都是矢量D.质量、路程和速度都是标量例4四课时对点练考点一合力与分力1.(2023桂林十八中高一期中)以下说法正确的是A.分力与合力同时作用在物体上B.作用在不同物体上的两个力F1、F2也可以合成C.共点力不一定作用于物体上的同一点D.作用于同一物体上的所有力都是共点力123456基础对点练为研究方便，可采用分力与合力的等效代替对物体进行研究，并非分力与合力同时作用在物体上，故A错误；只有同一个物体受到的力才能合成，B错误；作用在同一物体上，延长线或反向延长线相交于同一点的几个力称为共点力，这几个力并非一定要作用在同一点，故C正确；若物体不能看成质点，作用在物体上的各个力不一定都相交于同一点，故D错误。123456考点二探究两个互成角度的力的合成规律2.(2022扬州市高一期末)如图所示，在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，正确的要求是A.弹簧测力计在使用前应校零B.两个分力F1、F2的方向一定要垂直C.两次拉橡皮条时，只需保证橡皮条伸长量相同即可D.应作力的示意图来表示分力与合力123456123456弹簧测力计在使用前应校零，选项A正确；两个分力F1、F2的方向不一定要垂直，选项B错误；两次拉橡皮条时，要保证把橡皮条的结点拉到相同位置，选项C错误；应作力的图示来表示分力与合力，选项D错误。3.(2022北京市日坛中学模拟)某同学用橡皮条与弹簧测力计验证“力的平行四边形定则”，实验装置如图甲所示。其中A为固定橡皮条的图钉，OB和OC为细绳。(1)本实验中两次拉橡皮条的过程，主要体现的科学方法是_。A.理想实验法 B.等效替代法C.控制变量法 D.建立物理模型法123456B本实验中两次拉橡皮条的过程，要求两次将橡皮条拉到同一位置，拉力的作用效果相同，主要体现的科学方法是等效替代法，故选B。(2)在做本实验时，下列操作中错误的是_。A.同一次实验过程中O点位置不允许变动B.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线C.实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只 需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点D.实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两弹簧测力计之间夹角应取 90，以便于算出合力的大小123456CD123456要保证力的作用效果相同，同一次实验过程中，O点的位置不允许变动，故A正确，不符合题意；为减小实验误差，在实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度线，故B正确，不符合题意；如果先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条结点拉到O点，弹簧测力计可能会超过量程，故C错误，符合题意；123456实验中，把橡皮条的结点拉到O点时，为减小实验误差，两弹簧测力计之间的夹角应适当大些，但是不必须取90，故D错误，符合题意。(3)某一次实验中，用一个弹簧测力计拉橡皮条使橡皮条与细绳的结点到达O点，弹簧测力计的示数如图乙所示，此时橡皮条的弹力大小为_ N。1234564.00该弹簧测力计的分度值为0.1 N，根据题图，读数为4.00 N。(4)根据实验数据，该同学画出如图丙所示的图，图中_是F1、F2合力的理论值(填“F”或“F”)。123456F在处理数据时，F1、F2合力的理论值是根据力的图示，利用平行四边形定则作图表示出来的，故F是F1、F2合力的理论值。(5)实验中，如果将细绳换成橡皮条，O点沿OB、OC方向的拉力仍等于弹簧测力计的读数，则实验结果_发生变化。(选填“会”或“不会”)123456在实验中，如果将细绳换成橡皮条，不会影响分力的大小与方向，那么实验结果不会发生变化。不会4.(2022杭州市高一期末)如图甲，某同学用弹簧OC和弹簧测力计a、b做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验。123456能力综合练(1)在保持弹簧OC伸长1.00 cm，且弹簧两端点位置不变的条件下，若弹簧测力计a、b间夹角为90，弹簧测力计a示数如图乙，则弹簧测力计a的读数是_ N，若已知弹簧测力计b的读数为4.00 N，并已在方格纸上作出，请你在所给的方格纸上按作图法的要求作出弹簧测力计a的拉力及它们的合力。1234562.99答案见解析图123456由题图可知弹簧测力计的最小分度值为0.1 N，则弹簧测力计a的读数应该为2.99 N；根据平行四边形定则及力的图示的要求，可作出弹簧测力计a的拉力及它们的合力如图所示；(2)如图丁是某同学所作的合力与分力的关系图，则实际的合力是_，一定沿CO方向的是_。(均选填“F”或“F”)123456FF由于存在误差，实际的合力一般不严格与分力构成的平行四边形的对角线重合，而是有一定的偏差，因此实际的合力是F，一定沿CO方向的是F。5.(2022镇江市高一期末)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，实验装置及过程如图甲、乙、丙所示，E为橡皮筋原长时小圆环的位置，O为实验时小圆环被拉至的位置。(1)图丁中弹簧测力计的示数为_ N;1234562.35弹簧测力计最小分度为0.1 N，读数要读到0.01 N，图中读数为2.35 N。(2)在实验过程中，必须记录的有_；A.甲图中E的位置 B.乙图中O的位置C.OB、OC的方向 D.弹簧测力计的示数123456BCD必须要记录的有F、F1和F2的大小和方向，力的大小通过弹簧测力计读出，两次都要将小圆环拉到O点位置，所以必须记录的有B、C、D。(3)下列选项中，与本实验要求相符的是_；A.两细绳OB、OC夹角越大越好B.读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度C.实验时，只需保证两次橡皮筋伸长量相 同即可123456B123456两细绳OB、OC夹角要适当大一些，但不能太大，故A错误；读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，规范操作，故B正确；实验时，不仅要保证两次橡皮筋伸长量相同，还必须都是沿GO方向伸长至O点才行，故C错误。(4)某次实验记录纸如图戊所示，拉力 F1和F2的方向分别 过 P1和P2点，拉力 F的方向过 P点；三个力的大小分别为：F12.70 N、F22.30 N和F4.00 N。得出正确实验结论后，请根据实验结论和图中给出的标度：1234564.00答案见解析图在图中作出F1和F2的合力；根据作图法求出该合力为_ N。由于标度已经选定，作图时要保证表示F1、F2的线段长度为标度的2.7倍和2.3倍，作图如下 123456量出作图法求出的合力长度约为标度的4.00倍，所以合力大小为4.00 N。6.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。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。如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。123456尖子生选练每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为FOO。在挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖呈适当角度同时拉橡皮筋的两端，使挂钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。123456完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出F-l图线，根据图线求得l0_ cm。F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.0512345610.00答案见解析图123456作出F-l图像，图像的横轴截距即为l0，可得l010.00 cm；(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为 _ N。F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.051234561.80AB的总长度为OAOB6.00 cm7.60 cm13.60 cm，由Fl图像可知，此时两端拉力F1.80 N(3)根据给出的标度，作出FOA和FOB的合力F的图示。答案见解析图123456如图所示(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论。FOO123456通过比较F和FOO的大小和方向，可得出实验结论。