高中物理4 力的合成和分解一等奖ppt课件

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一、实验原理一个力F的作用效果与两个共点力F1和F2的共同作用效果都是把橡皮条结点拉伸到某点,则F为F1和F2的合力,作出F的图示,再根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F'的图示,比较F'与F在实验误差允许范围内是否大小相等、方向相同,即得到互成角度的两个力合成是否遵循平行四边形定则。 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、三角板、刻度尺。
三、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,在橡皮条的另一端拴上两个细绳套。
2.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将结点拉到某位置O,用铅笔描下O点的位置、细绳的方向,并记录两弹簧测力计的读数。
3.如图乙所示,按适当的比例作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板,以F1、F2为邻边画出平行四边形,并画出对角线F'。4.用一个弹簧测力计把橡皮条拉到同一位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳的方向,并用同样的比例作出这个力F的图示。5.比较F与F'的大小和方向,看它们在实验误差允许范围内是否相同,从而验证平行四边形定则。
正误辨析1.实验中合力与分力的作用效果相同,此实验中力的作用效果是指橡皮条伸长的长度相同。(　　)2.记录细绳的方向时,沿细绳方向在细绳下白纸上点两个相距较远的点即可。(　　)
答案:×　解析:此处力的作用效果是指把橡皮条末端拉到同一位置,不仅伸长的长度相同,拉的方向也相同。
答案:√　解析:细绳下白纸上点两个相距较远的点,再用尺子连成线就是细绳的方向。
3.每次实验时,只要记录弹簧测力计的示数就可以了。(　　)4.用两弹簧测力计拉橡皮条时,两弹簧测力计间的夹角应取90°。(　　)
答案:×　解析:每次实验时,要记录弹簧测力计的示数和细线的方向。
答案:×　解析:两弹簧测力计间的夹角可以任意选取,只要不太大也不太小就可以。
实验原理与操作情景探究实验时由作图法得到的合力F和单个弹簧测力计测量的实际合力F'忘记标注而造成错乱,你如何加以区分?
要点提示由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮条伸直,所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F',不共线的合力表示由作图法得到的合力F。
知识点拨实验数据分析的方法(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时弹簧测力计的拉力F1和F2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。
(2)实际值: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F在实验误差允许的范围内是否相等。注意: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。
实例引导例1“验证力的平行四边形定则”实验情况如图甲所示,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　　　　　。 
解析:力F'为用一只弹簧拉橡皮条时力的大小和方向,所以F'与AO的方向相同。答案:F'
变式训练1 在“验证力的平行四边形定则”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如图所示)。实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须
注意以下几项:A.两根细绳必须等长B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D.用两个弹簧测力计拉绳套时,两测力计示数要保持相同E.用两个弹簧测力计拉绳套时,两测力计拉力方向要互成90°角,便于求两个力的合力其中正确的是　　　　　(填字母)。 
答案:C　解析:在本实验中细绳只记录作用力的方向,两绳不必等长;两力合成时,其合力方向不一定在两分力的夹角平分线上,因此,不必使橡皮条与两绳夹角的平分线在同一直线上,实验时弹簧测力计应与木板平面平行,使读数与绳作用力相等,则C项正确,A、B错误;两测力计拉绳套时,两力的大小可以不同,两力的方向也不一定要互相垂直,夹角不宜太大,也不宜太小,D、E错误。
数据处理与误差分析情景探究本实验中对两只弹簧测力计有何要求?使用时应注意哪些问题?
要点提示(1)本实验中的两只弹簧测力计的选取方法:将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉过程中,读数相同,则可选;若读数不同,应另换或调校,直至读数相同为止。(2)①使用弹簧测力计测力时,读数应尽量大些,但不能超出它的测量范围。②被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩擦。③读数时应正对、平视刻度。④两弹簧测力计同时拉细绳时,夹角适当大些,但也不能过大。
知识点拨1.误差分析(1)读数误差。弹簧测力计示数在允许的情况下,尽量大一些,读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确读数和记录。(2)作图误差。①结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确,造成作图误差。②两个分力的起始夹角α太大,如大于120°,再重复做两次实验,为保证结点O位置不变(即保证合力不变),则α变化范围不大,因而弹簧测力计示数变化不显著,读数误差较大,导致作图产生较大误差。③作图比例不恰当、不准确等造成作图误差。
2.规范操作(1)位置不变:在同一次实验中,将橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。(2)角度合适:两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~100°为宜。(3)在不超出弹簧测力计量程及橡皮条弹性限度的前提下,测力计示数、橡皮条被拉伸的长度应尽量大一些。(4)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳套方向画直线,应在细绳套两端各画个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向。
实例引导例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。(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(2)(多选)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F1、F2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:(1)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。(2)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:(1)B　(2)BCD
变式训练2做“验证力的平行四边形定则”的实验时:(1)除已有的器材(方木板、白纸、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外,还必须有　　　和　　　。 (2)要使两次合力与分力产生相同的效果,必须(　　)A.每次将橡皮条结点拉到同样的位置B.每次把橡皮条拉直C.每次准确读出弹簧测力计的示数D.每次记准细绳的方向
(3)在验证力的平行四边形定则实验中得到如下数据,请选择合适的标度在图方框中作图完成实验数据的处理。
答案: (1)弹簧测力计　橡皮条 (2)ACD　(3)作图如下
1.某同学利用如图所示的装置验证力的平行四边形定则。图甲中GE是橡皮条,轻质小圆环挂在橡皮条的下端;图乙中用两个互成角度的拉力F1、F2将小圆环拉至O点;图丙中用一个拉力F将小圆环仍拉至O点。下列说法正确的是(　　)
A.进行图乙中的操作时,拉力F1、F2的方向一定相互垂直B.在图乙、丙中,橡皮条必须沿竖直方向拉伸C.在图乙、丙中,必须将小圆环拉至相同的位置D.图乙操作完成后,可更换橡皮条,继续完成图丙所示的实验步骤
答案:C　解析:进行图乙中的操作时,只需两拉力F1、F2的大小、方向明确,不一定相互垂直,选项A错误;图乙、丙中的实验产生的效果相同,就是将小圆环拉至相同的位置,图乙操作完成后,若更换橡皮条,则不能验证力的平行四边形定则,选项C正确,B、D错误。
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,当橡皮条的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。
(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为　　　　　 N和　　　　　 N。 
(2)在如图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。