人教版物理必修一3.7《实验：探究求合力的方法》ppt课件.ppt

第三章 相互作用 学案 7 　实验：探究求合力的方法 目标定位 1. 探究互成角度的两个力合成的平行四边形定则 . 2. 练习用作图法求两个力的合力． 知识探究 自我检测 一、实验原理 一个力 F 的作用效果与两个共点力 F 1 和 F 2 的共同作用效果都是把橡皮条结点拉伸到某点，则 F 为 F 1 和 F 2 的合力，作出 F 的图示，再根据力的平行四边形定则作出 F 1 和 F 2 的合力 F ′ 的图示，比较 F ′ 与 F 在实验误差允许范围内是否 ，即得到互成角度的两个力的合成遵从平行四边形定则． 知识探究 大小相等、方向相同 二、实验器材 方木板、白纸、图钉若干、细芯铅笔、橡皮条一段、细绳套两个、弹簧测力计两个、 、 . 三、实验过程 1 . 仪器的安装 (1) 钉白纸：用图钉把一张白纸钉在方木板上，将方木板放在水平桌面上 . (2) 拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的 A 点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳套 . 三角板 刻度尺 2 . 操作与记录 (1) 两力拉：用两个弹簧测力计分别钩住两个细 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 O ( 如图 1 所示 ) . 用铅笔描下结 点 O 的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧 测力计的读数 . (2) 一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置 O ，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向 . 图 1 3 . 作图对比 (1) 理论值：在白纸上按比例从 O 点开始作出两个 弹簧测力计同时拉橡皮条时拉力 F 1 和 F 2 的图示， 利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合 力 F ( 如图 2 所示 ) . (2) 测量值：按同样的比例用刻度尺从 O 点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力 F ′ 的图示 . (3) 相比较：比较 F ′ 与用平行四边形定则求得的合力 F 在实验误差允许的范围内是否相等 . 图 2 4 . 重复 改变两个分力 F 1 和 F 2 的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的 F 与 F ′ 在实验误差允许的范围内是否相等 . 四、误差分析 1 . 弹簧测力计使用前没调零会造成误差 . 2 . 使用中，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造成误差 . 3 . 两次测量拉力时，橡皮条的结点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， F 1 、 F 2 数值太小，应用平行四边形定则作图时，会造成偶然误差 . 五、注意事项 1 . 结点 (1) 定位 O 点时要力求准确； (2) 同一次实验中橡皮条拉长后的 O 点必须保持位置不变 . 2 . 拉力 (1) 用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向； (2) 应使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内； (3) 两个分力 F 1 、 F 2 间的夹角 θ 不要太大或太小 . 3 . 作图 (1) 在同一次实验中，选定的比例要相同； (2) 严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力 . 典 例精析 例 1 　李明同学在做 “ 探究求合力的方法 ” 实验时，利用坐标纸记下了橡皮条的结点位置 O 以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图 3(a) 所示 . 图 3 (1) 试在图 (a) 中作出无实验误差情况下 F 1 和 F 2 的合力图示，并用 F 表示此力 . 答案　 如图所示 (2) 有关此实验，下列叙述正确的是 ( 　　 ) A . 两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮条的拉力大 B . 橡皮条的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力 C . 两次拉橡皮条时，需将橡皮条结点拉到同一位置 O ，这 样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同 D . 若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而保持橡皮条 结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大 小即可 AC (3) 如图 (b) 所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？ ( 力 F ′ 是用一只弹簧测力计拉时的图示 ) __________________________. 张华的实验比较符合实验事实 (4) 在以上比较符合实验事实的一位同学的实验中，造成误差的主要原因是： ( 至少写出两种情况 ) ____________________________________________________________________________________________________________. ① F 1 的方向比真实方向偏左； ② F 2 的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左； ③ 作图时两虚线不分别与 F 1 线和 F 2 线平行 例 2 　在 “ 探究求合力的方法 ” 的实验中某同学的实验情况如图 4 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 和 OC 为细绳 . 图 4 (1) 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 解析　 本实验是采用等效替代的方法，当两个力作用使橡皮条结点 O 伸长到某一点，另一个力作用也使橡皮条结点 O 伸长到同一点时，这个力就是前两个力的合力，选 B. B (2) 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 F 1 、 F 2 间的夹角越大越好 B . 拉橡皮条的细绳要稍长一些 C . 实验中，弹簧测力计必须与木板平行 D . 读数时视线要正对弹簧测力计刻度 解析　 本实验中两弹簧测力计所拉绳间的夹角一般在 60° 到 120° 之间较合适， A 错误； 为了减小误差，便于确定两拉力的方向，拉橡皮条的细绳要稍长一些，且必须使橡皮条、细绳、弹簧测力计都与木板平行，细绳要与弹簧测力计轴线在同一直线上，读数时视线要正对弹簧测力计刻度， B 、 C 、 D 均正确 . 答案　 BCD 1. 在做完 “ 探究求合力的方法 ” 实验后，某同 学将其实验操作过程进行了回顾，并在笔记本上记下如下几条体会，你认为他的体会中正确的是 ( 　　 ) A . 用两只弹簧测力计拉橡皮条时，应使两细绳套间的夹角 为 90° ，以便算出合力的大小 B . 用两只弹簧测力计拉橡皮条时合力的图示 F 与用一只弹 簧测力计拉橡皮条时力的图示 F ′ 不完全重合，在误差 允许范围内，可以说明 “ 力的平行四边形定则 ” 成立 自我检测 1 2 C . 若 F 1 、 F 2 方向不变，而大小各增加 1 N ，则合力的方向 也不变，大小也增加 1 N D . 在用弹簧测力计拉橡皮条时，应使弹簧测力计的弹簧 与木板平面平行 1 2 解析　 用两只弹簧测力计拉橡皮条时，两细绳套的夹角约在 60° ～ 120° 范围，实验中不需要计算出合力的大小，没必要非得把细绳套间夹角设定为 90° ， A 错 . 实验中 F 与 F ′ 的图示不一定完全重合，只要两者长度差不多，夹角很小，就可以近似认为验证了 “ 力的平行四边形定则 ” ， B 对 . F 1 、 F 2 夹角不确定，它们的大小与合力 F 的大小关系不确定，不能通过 F 1 、 F 2 大小的变化确定 F 大小的变化， C 错 . 实验时必须使弹簧测力计的弹簧与木板平面平行， D 对 . 答案　 BD 1 2 1 2 2 . 某同学用如图 5 所示的实验装置来探究求 合力的方法 . 弹簧测力计 A 挂于固定点 P ，下 端用细线挂一重物 M . 弹簧测力计 B 的一端用 细线系于 O 点，手持另一端水平向左拉，使 结点 O 静止在某位置 . 分别读出弹簧测力计 A 和 B 的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录 O 点的位置和拉线方向 . 图 5 1 2 (1) 本实验用的弹簧测力计示数的单位为 N ，图中 A 的示数为 ________N. 解析　 由弹簧测力计可读出数据为 3.60 N ； 3.60 1 2 (2) 下列不必要的实验要求是 ________ . ( 请填写选项前对应的字母 ) A . 应测量重物 M 所受的重力 B . 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 D . 改变拉力，进行多次实验，每次都要使 O 点静止在同一 位置 1 2 解析　 因为只要 O 点受力平衡，三个力的合力为零即可，没有必要每次都要使 O 点静止在同一位置，故选 D ； 答案　 D 1 2 (3) 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，请您提出两个解决办法 . 解析　 减小重物 M 的质量，可使弹簧测力计的读数减小，将 A 更换成较大量程的弹簧测力计以及改变弹簧测力计 B 拉力的方向也可 . 1 2 答案　 ① 改变弹簧测力计 B 拉力的大小； ② 减小重物 M 的质量 ( 或将 A 更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计 B 拉力的方向等 )