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

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F1、F2与另外一个力F'产生相同的效果,看F1、F2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F1和F2的图示,并以F1和F2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F1、F2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ΔF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5N、最小刻度为0.1N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)2.504.00(或4.002.50)(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0.1N,读数时应估读一位,所以读数分别为2.50N和4.00N。(2)取一个小方格的边长表示0.50N,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F1、F2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F1、F2、F; 甲⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2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F1和F2的合力F',若选定相邻两个小方格边长的长度表示大小为1N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1N”来算出合力的大小,则F'=2.5N。