物理 第三章 相互作用 實驗 探究求合力的方法 新人教版必修1

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1、實驗實驗:探究求合力的方法探究求合力的方法自主閱讀自我檢測一、實驗原理一個力F的作用效果與兩個共點力F1和F2的共同作用效果都是把橡皮條結(jié)點拉伸到某點,則F為F1和F2的合力,作出F的圖示,再根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F的圖示,比較F與F在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否大小相等、方向相同,即得到互成角度的兩個力合成是否遵循平行四邊形定則。二、實驗器材方木板、白紙、圖釘若干、細芯鉛筆、橡皮條一段、細繩套兩個、彈簧測力計兩個、三角板、刻度尺。自主閱讀自我檢測三、實驗步驟1.在方木板上用圖釘固定一張白紙,如圖甲所示,用圖釘把橡皮條的一端固定在木板上A點,在橡皮條的另一端拴上兩個細繩套。2.用

2、兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細繩套,互成角度地拉橡皮條將結(jié)點拉到某位置O,用鉛筆描下結(jié)點的位置、細繩的方向,并記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)。3.如圖乙所示,按適當?shù)谋壤鞒鰞蓚€彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,利用刻度尺和三角板,以F1、F2為鄰邊畫出平行四邊形,并畫出對角線F。自主閱讀自我檢測4.用一個彈簧測力計把橡皮條拉到同一位置O,記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向,并用同樣的比例作出這個力F的圖示。5.比較F與F的大小和方向,看它們在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相同,從而驗證平行四邊形定則。自主閱讀自我檢測1.正誤辨析(1)實驗中合力與分力的作用效果相同,此實驗中力的作用效果是指橡皮條伸長的長度相同。

3、 ()解析:此處力的作用效果是指把橡皮條末端拉到同一位置,不僅伸長的長度相同,拉的方向也相同。答案:(2)記錄細繩的方向時,在細繩下白紙上點兩個點即可。 ()解析:細繩下白紙上點兩個相距較遠的點,再用尺子連成線就是細繩的方向。答案:(3)每次實驗時,只要記錄彈簧測力計的示數(shù)就可以了。 ()解析:每次實驗時,要記錄彈簧測力計的示數(shù)和細線的方向。答案:自主閱讀自我檢測(4)用兩彈簧測力計拉橡皮條時,兩彈簧測力計間的夾角應(yīng)取900。 ()解析:兩彈簧測力計間的夾角可以任意選取,只要不太大也不太小就可以。答案:自主閱讀自我檢測2.每次實驗都必須保證結(jié)點的位置保持不變,這體現(xiàn)了怎樣的物理思想方法?若兩次

4、橡皮條的伸長長度相同,能否驗證平行四邊形定則?提示:每次實驗保證結(jié)點位置保持不變,是為了使合力的作用效果與兩個分力共同作用的效果相同,這是物理學(xué)中等效替代的思想方法。由于力不僅有大小,還有方向,若兩次橡皮條的伸長長度相同但結(jié)點位置不同,說明兩次效果不同,不滿足合力與分力的關(guān)系,不能驗證平行四邊形定則。3.如何設(shè)計實驗探究兩力合力隨角度的變化規(guī)律?如何觀察合力的變化規(guī)律?提示:保持兩力的大小不變,改變兩力之間的夾角,使兩力的合力發(fā)生變化,可以通過觀察結(jié)點的位置變化,判斷合力大小的變化情況。結(jié)點離固定點越遠,說明兩力的合力越大。知識點一知識點二作圖與分析作圖與分析問題導(dǎo)引實驗時由作圖法得到的合力F

5、和單個彈簧測力計測量的實際合力F忘記標注而造成錯亂,你如何加以區(qū)分?要點提示:由彈簧測力計測量合力時必須使橡皮筋伸直,所以與AO共線的合力表示由單個測力計測量得到的實際合力F,不共線的合力表示由作圖法得到的合力F。知識點一知識點二知識歸納實驗結(jié)果分析的方法(1)理論值:在白紙上按比例從O點開始作出兩個彈簧測力計同時拉時彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。(2)測量值:按同樣的比例用刻度尺從O點起作出一個彈簧測力計拉橡皮條時拉力F的圖示。知識點一知識點二(3)相比較:比較F與用平行四邊形定則求得的合力F在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。注意:在同一次實

6、驗中,畫力的圖示選定的標度要相同,并且要恰當選定標度,使力的圖示稍大一些。知識點一知識點二典例剖析【例1】某同學(xué)用如圖甲所示的裝置做“探究求合力的方法”實驗。將一木板豎直平行放在鐵架臺和輕彈簧所在平面后面。其部分實驗操作如下,請完成下列相關(guān)內(nèi)容:知識點一知識點二(1)如圖甲,在木板上記下懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置O;(2)如圖乙所示,卸下鉤碼,然后將兩細繩套系在彈簧下端,用兩彈簧測力計將輕彈簧末端拉到同一位置O,記錄細繩套AO、BO的及兩彈簧測力計相應(yīng)的讀數(shù)。其中B彈簧測力計的讀數(shù)為 N;(3)該同學(xué)在坐標紙上畫出兩彈簧拉力FA、FB的大小和方向如圖丙所示,請在圖丙中作出FA、FB的合力F;

7、(4)已知鉤碼的重力,可得彈簧所受的拉力F如圖丙所示,觀察比較F和F,得出結(jié)論 。 知識點一知識點二答案:(2)方向11.40(3)如圖所示 (4)在誤差允許的范圍內(nèi),F=F。 知識點一知識點二實驗誤差與注意事項實驗誤差與注意事項問題導(dǎo)引本實驗中對兩只彈簧測力計有何要求?使用時應(yīng)注意哪些問題?要點提示:(1)本實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法:將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤水平對拉過程中,讀數(shù)相同,則可選;若讀數(shù)不同,應(yīng)另換或調(diào)校,直至相同為止。(2)使用彈簧測力計測力時,讀數(shù)應(yīng)盡量大些,但不能超出它的測量范圍。(3)被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計軸線方向一致,拉動時彈簧及掛鉤不可與外殼相碰以避免產(chǎn)生

8、摩擦。(4)讀數(shù)時應(yīng)正對、平視刻度。知識點一知識點二知識歸納1.誤差分析(1)讀數(shù)誤差。彈簧測力計數(shù)據(jù)在允許的情況下,盡量大一些,讀數(shù)時眼睛一定要正視,要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄。(2)作圖誤差。結(jié)點O的位置和兩個彈簧測力計的方向畫得不準確,造成作圖誤差。兩個分力的起始夾角太大,如大于120,再重復(fù)做兩次實驗,為保證結(jié)點O位置不變(即保證合力不變),則變化范圍不大,因而彈簧測力計示數(shù)變化不顯著,讀數(shù)誤差較大,導(dǎo)致作圖產(chǎn)生較大誤差。作圖比例不恰當、不準確等造成作圖誤差。知識點一知識點二2.規(guī)范實驗操作(1)位置不變:在同一次實驗中,將橡皮條拉長時結(jié)點的位置一定要相同。(2)角度合適:兩個彈簧測力

9、計所拉細繩套的夾角不宜太小,也不宜太大,以60100為宜。(3)在不超出彈簧測力計量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)的前提下,測量數(shù)據(jù)應(yīng)盡量大一些。(4)細繩套應(yīng)適當長一些,便于確定力的方向。不要直接沿細繩套方向畫直線,應(yīng)在細繩套兩端畫個投影點,去掉細繩套后,連直線確定力的方向。知識點一知識點二典例剖析【例2】 在探究求合力的方法的實驗中某同學(xué)的實驗情況如圖所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結(jié)點,OB和OC為細繩。(1)本實驗采用的科學(xué)方法是()A.理想實驗法B.等效替代法C.控制變量法D.建立物理模型法(2)(多選)本實驗中,采取下列哪些方法和步驟可以減小實驗誤差()A.兩個分力F1、

10、F2間的夾角越大越好B.拉橡皮條的細繩要稍長一些C.實驗中,彈簧測力計必須與木板平行D.讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度知識點一知識點二解析:(1)本實驗是采用等效替代的方法,當兩個力作用使橡皮條結(jié)點O伸長到某一點,另一個力作用也使橡皮條結(jié)點O伸長到同一點時,這個力就是前兩個力的合力,選B。(2)本實驗中兩彈簧測力計所拉繩間的夾角一般在60到120之間較合適,A錯誤;為了減小誤差,便于確定兩拉力的方向,拉橡皮條的細繩要稍長一些,且必須使橡皮條、細繩、彈簧測力計都與木板平行,細繩要與彈簧測力計軸線在同一直線上,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度,B、C、D均正確。答案:(1)B(2)BCD123451

11、.(多選)在做完探究求合力的方法實驗后,某同學(xué)將其實驗操作過程進行了回顧,并在筆記本上記下如下幾條體會,你認為他的體會正確的是()A.用兩只彈簧測力計拉橡皮條時,應(yīng)使兩細繩套間的夾角為90,以便算出合力的大小B.用兩只彈簧測力計拉橡皮條時合力的圖示F與用一只彈簧測力計拉橡皮條時力的圖示F不完全重合,在誤差允許范圍內(nèi),可以說明“力的平行四邊形定則”成立C.若F1、F2方向不變,而大小各增加1 N,則合力的方向也不變,大小也增加1 ND.在用彈簧測力計拉橡皮條時,應(yīng)使彈簧測力計的彈簧與木板平面平行12345解析:用兩只彈簧測力計拉橡皮條時,兩細繩套的夾角約在60120范圍,實驗中不需要計算出合力的

12、大小,沒必要非得把細繩套間夾角設(shè)定為90,A錯。實驗中F與F的圖示不一定完全重合,只要兩者長度差不多,夾角很小,就可以近似認為驗證了“力的平行四邊形定則”,B對。F1、F2夾角不確定,它們的大小與合力F的大小關(guān)系不確定,不能通過F1、F2大小的變化確定F大小的變化,C錯。實驗時必須使彈簧測力計的彈簧與木板平面平行,D對。答案:BD123452.(多選)在探究求合力的方法實驗中,先將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細繩。實驗時,需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過兩細繩用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個彈簧測力計通過細繩拉橡皮條。實驗對兩次拉伸橡皮條的要求中,下列

13、說法正確的是 ()A.將橡皮條拉伸相同長度即可B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長度C.將彈簧測力計都拉伸到相同刻度D.將橡皮條和繩的結(jié)點拉到相同位置解析:實驗中兩次拉伸橡皮條時,應(yīng)要求兩次的作用效果必須完全相同,即橡皮條被拉伸的方向、長度完全相同,所以答案選B、D。答案:BD123453.(多選)在探究求合力的方法的實驗中,某同學(xué)的實驗情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結(jié)點,OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的力的圖示,下列說法中正確的是() A.圖乙中的F是力F1和F2合力的理論值,F是力F1和F2合力的實際測量值B.圖乙的F是力F1和F2合力的理論值,

14、F是力F1和F2合力的實際測量值C.在實驗中,如果將細繩也換成橡皮條,那么對實驗結(jié)果沒有影響D.在實驗中,如果將細繩也換成橡皮條,那么對實驗結(jié)果有影響12345解析:F1與F2合成的理論值是通過平行四邊形定則算出的值,而實際測量值是單獨一個力拉O點時的值,因此F是F1與F2合成的理論值,F是F1與F2合成的實際測量值,故A錯誤,B正確。由于作用效果相同,將兩個細繩換成兩根橡皮條,不會影響實驗結(jié)果,故C正確,D錯誤。答案:BC123454.某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置來探究求合力的方法。彈簧測力計A掛于固定點P,下端用細線掛一重物M。彈簧測力計B的一端用細線系于O點,手持另一端水平向左拉,使結(jié)點O

15、靜止在某位置。分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線方向。12345(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N,圖中A的示數(shù)為N。(2)下列不必要的實驗要求是。(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)A.應(yīng)測量重物M所受的重力B.彈簧測力計應(yīng)在使用前校零C.拉線方向應(yīng)與木板平面平行D.改變拉力,進行多次實驗,每次都要使O點靜止在同一位置(3)某次實驗中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程,請您提出兩個解決辦法。12345解析:(1)由彈簧測力計可讀出數(shù)據(jù)為3.60 N;(2)因為只要O點受力平衡,三個力的合力為零即可,沒有必要每次都要使O點靜止在同一位置,故選D;(

16、3)減小重物M的質(zhì)量,可使彈簧測力計的讀數(shù)減小,將A更換成較大量程的彈簧測力計以及改變彈簧測力計B拉力的方向也可。答案:(1)3.60(2)D(3)改變彈簧測力計B拉力的大小;減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計、改變彈簧測力計B拉力的方向等)123455.將橡皮條的一端固定在A點,另一端拴上兩根細繩,每根細繩分別連著一個量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計。沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計,當橡皮條的活動端拉到O點時,兩根細繩相互垂直,如圖甲所示。這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出。12345(1)由圖可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為 N和 N。(只需讀到0.1 N)(2)在圖乙方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力。解析:(1)彈簧測力計的讀數(shù)分別是2.5 N,4.0 N。(2)如圖所示。根據(jù)測量結(jié)果,每小格代表0.5 N,能保證力的圖示較準確,若每小格代表1 N,則2.5 N的力表達上容易造成誤差,在確定合力大小時,容易造成較大誤差。力的圖示應(yīng)有刻度、箭頭。 答案:(1)2.54.0(2)見解析圖