2022版新教材高中物理4.1.2探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律課件魯科版必修1

1、第2課時探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律【實驗目的實驗目的】1.1.探究兩個互成角度的共點力與其合力間的關系。探究兩個互成角度的共點力與其合力間的關系。2.2.學習用學習用_的思想探究矢量合成的方法。的思想探究矢量合成的方法。 等效替代等效替代【實驗器材】【實驗器材】木板、木板、_、細線、細線、_、圖釘圖釘( (假設干假設干) )、白紙、鉛筆、白紙、鉛筆、_、三角板。、三角板。橡皮筋橡皮筋彈簧測力計彈簧測力計( (兩只兩只) )刻度尺刻度尺【實驗原理與設計】【實驗原理與設計】1.1.實驗的根本思想實驗的根本思想 _ _。(1)(1)變量的控制要求：變量的控制要求：在物理實驗中，要注意控制實驗過程

2、中的在物理實驗中，要注意控制實驗過程中的_( (選填選填“一樣變量或一樣變量或“不同變量不同變量) )。等效替代法等效替代法不同變量不同變量(2)(2)設計思路：設計思路：可以用彈簧測力計拉橡皮筋，用一個力、兩個力分別可以用彈簧測力計拉橡皮筋，用一個力、兩個力分別拉橡皮筋，使橡皮筋的拉橡皮筋，使橡皮筋的_不變，比較一個力和不變，比較一個力和兩個力的大小、方向之間的關系，找出規(guī)律。兩個力的大小、方向之間的關系，找出規(guī)律。作用效果作用效果(3)(3)實驗思想的拓展：實驗思想的拓展：等效替代法是在保證某種效果等效替代法是在保證某種效果( (特性和關系特性和關系) )一樣的前一樣的前提下，將實際的、陌

3、生的、復雜的物理問題和物理過提下，將實際的、陌生的、復雜的物理問題和物理過程用等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程用等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程代替，來研究和處理的方法。程代替，來研究和處理的方法。2.2.實驗原理：實驗原理：(1)(1)讓兩個互成角度的共點力讓兩個互成角度的共點力F1F1和和F2F2作用于某一物體，作用于某一物體，并產(chǎn)生明顯的作用效果。并產(chǎn)生明顯的作用效果。(2)(2)用一個力用一個力F F來代替來代替F1F1和和F2F2，并產(chǎn)生同樣的，并產(chǎn)生同樣的_，F(xiàn) F可看成可看成F1F1和和F2F2的的_。(3)(3)測出測出F1F1、F2F2和和F F，比較

4、它們的大小和方向，找出其，比較它們的大小和方向，找出其中的規(guī)律。中的規(guī)律。作用效果作用效果合力合力3.3.實驗設計實驗設計兩組物理量的測量方法。兩組物理量的測量方法。(1)(1)一個力的測量：一個力的測量：用一個力拉橡皮筋時，記錄細線的結點位置用一個力拉橡皮筋時，記錄細線的結點位置O O、繩套的、繩套的方向、彈簧測力計的讀數(shù)。方向、彈簧測力計的讀數(shù)。(2)(2)兩個力的測量：兩個力的測量：用兩個力拉橡皮筋時，把橡皮筋的結點拉到一樣位置用兩個力拉橡皮筋時，把橡皮筋的結點拉到一樣位置O O，記錄兩繩套的方向、兩彈簧測力計的讀數(shù)。，記錄兩繩套的方向、兩彈簧測力計的讀數(shù)?！緦嶒炦^程】【實驗過程】一、實

5、驗步驟一、實驗步驟1.1.安裝實驗器材：用圖釘把白紙釘在水平桌面上的木安裝實驗器材：用圖釘把白紙釘在水平桌面上的木板上，用圖釘把橡皮筋的一端固定在板上，用圖釘把橡皮筋的一端固定在A A點，橡皮筋的另點，橡皮筋的另一端拴上兩個細繩套，如下圖。一端拴上兩個細繩套，如下圖。2.2.操作與記錄：操作與記錄：(1)(1)兩力拉：兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細繩套，兩力拉：兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細繩套，_地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長，地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長，_到達某到達某一位置一位置O(O(如下圖如下圖) )。鉛筆描下。鉛筆描下_的位置和兩個的位置和兩個細繩套的細繩套的_，并記錄彈簧測力計的讀數(shù)。，并記錄

6、彈簧測力計的讀數(shù)。互成角度互成角度結點結點結點結點O O方向方向(2)(2)一力拉：用一個彈簧測力計，通過細繩套，把橡皮一力拉：用一個彈簧測力計，通過細繩套，把橡皮筋的結點拉到與前面筋的結點拉到與前面_的位置的位置O O，記下彈簧測力計的，記下彈簧測力計的_和細繩套的和細繩套的_。(3)(3)改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向再重做兩次改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向再重做兩次實驗。實驗。一樣一樣讀數(shù)讀數(shù)方向方向【思考【思考討論】討論】實驗過程中應注意哪些方面的操作平安問題？實驗過程中應注意哪些方面的操作平安問題？( (科學態(tài)度與責任科學態(tài)度與責任) )提示：提示：(1)(1)小心放置圖釘，防止

7、造成傷害；小心放置圖釘，防止造成傷害；(2)(2)使用彈簧測力計時，不要超過它的彈性限度；使用彈簧測力計時，不要超過它的彈性限度；(3)(3)不要將橡皮筋拉得過長。不要將橡皮筋拉得過長。二、數(shù)據(jù)收集與分析二、數(shù)據(jù)收集與分析根據(jù)圖示法畫出的結果，比較根據(jù)圖示法畫出的結果，比較F1F1、F2F2和和F F的大小和方向的大小和方向，并將，并將F1F1、F2F2和和F F的箭頭端用虛線連起來，找出的箭頭端用虛線連起來，找出F1F1、F2F2和和F F三者的規(guī)律。三者的規(guī)律。進一步以進一步以F1F1、F2F2為鄰邊畫出平行四邊形，并作對角線為鄰邊畫出平行四邊形，并作對角線FF，比較，比較F F和和FF的

8、差異。在誤差允許范圍內(nèi)，判斷的差異。在誤差允許范圍內(nèi)，判斷F1F1、F2F2和和F F是否滿足平行四邊形關系。比照其他實驗是否滿足平行四邊形關系。比照其他實驗小組的數(shù)據(jù)看一看你發(fā)現(xiàn)的規(guī)律是否具有普遍性。小組的數(shù)據(jù)看一看你發(fā)現(xiàn)的規(guī)律是否具有普遍性。實驗結論：實驗結論：F F是是F1F1和和F2F2的合力，的合力，F(xiàn)1F1、F2F2和和F F滿足滿足_關系。關系。平行四邊形定那么平行四邊形定那么【思考思考討論討論】(1)(1)保持兩只彈簧測力計的拉力大小不變，只改變它們保持兩只彈簧測力計的拉力大小不變，只改變它們的夾角，合力的大小如何變化？的夾角，合力的大小如何變化？(2)(2)合力大小是否一定等

9、于原來兩個力的大小之和？合力大小是否一定等于原來兩個力的大小之和？(3)(3)合力是否一定大于原來的每一個力？合力是否一定大于原來的每一個力？請通過實驗得出結論，并說明原因。請通過實驗得出結論，并說明原因。( (科學思維科學思維) )提示：提示：(1)(1)假設兩拉力大小不變，夾角越大，合力越?。粖A角假設兩拉力大小不變，夾角越大，合力越?。粖A角越小，合力越大。越小，合力越大。(2)(2)合力大小不一定等于原來兩個力的大小之和，當兩合力大小不一定等于原來兩個力的大小之和，當兩個力方向一樣時，合力大小才等于兩個力大小之和。個力方向一樣時，合力大小才等于兩個力大小之和。(3)(3)合力不一定大于原來

10、的每一個力，合力可以比分力合力不一定大于原來的每一個力，合力可以比分力大，可以等于分力，也可以小于分力。大，可以等于分力，也可以小于分力?！菊`差分析誤差分析】1.1.實驗原理不完善造成系統(tǒng)誤差：實驗原理不完善造成系統(tǒng)誤差：(1)(1)彈簧測力計使用前沒調(diào)零造成的誤差。彈簧測力計使用前沒調(diào)零造成的誤差。(2)(2)彈簧測力計的彈簧和外殼之間、指針和外殼之間或彈簧測力計的彈簧和外殼之間、指針和外殼之間或彈簧測力計外殼和紙面之間有摩擦力存在造成的誤差彈簧測力計外殼和紙面之間有摩擦力存在造成的誤差。2.2.測量、操作不夠準確造成偶然誤差：測量、操作不夠準確造成偶然誤差：(1)(1)兩次測量拉力時，橡皮

11、筋的結點兩次測量拉力時，橡皮筋的結點O O沒有拉到同一點沒有拉到同一點造成的誤差。造成的誤差。(2)(2)讀數(shù)時造成的誤差。讀數(shù)時造成的誤差。(3)(3)在應用平行四邊形定那么作圖時，在應用平行四邊形定那么作圖時，F(xiàn)1F1、F2F2及合力及合力F F作圖不準確造成的誤差。作圖不準確造成的誤差。【思考【思考討論】討論】系統(tǒng)誤差和偶然誤差能不能防止？系統(tǒng)誤差和偶然誤差能不能防止？ ( (科學思維科學思維) )提示：系統(tǒng)誤差和偶然誤差都不能防止，但偶然誤差提示：系統(tǒng)誤差和偶然誤差都不能防止，但偶然誤差可以用屢次測量求平均值的方法減小。可以用屢次測量求平均值的方法減小。【本卷須知】【本卷須知】1.1.

12、彈簧測力計的選取方法：將兩只彈簧測力計調(diào)零后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，假設兩只彈簧測力計在對拉過程中，互鉤水平對拉，假設兩只彈簧測力計在對拉過程中，讀數(shù)一樣，那么可選；假設讀數(shù)不同，應另選，直至讀數(shù)一樣，那么可選；假設讀數(shù)不同，應另選，直至一樣為止。一樣為止。2.2.保證分力與合力作用效果一樣的方法：在同一次實保證分力與合力作用效果一樣的方法：在同一次實驗中，使橡皮筋拉長時結點驗中，使橡皮筋拉長時結點O O的位置一定要一樣。的位置一定要一樣。3.3.橡皮筋老化的檢查方法：用一只彈簧測力計拉橡皮橡皮筋老化的檢查方法：用一只彈簧測力計拉橡皮筋，要反復做幾次，使橡皮筋

13、拉到一樣的長度看彈簧筋，要反復做幾次，使橡皮筋拉到一樣的長度看彈簧測力計讀數(shù)有無變化。測力計讀數(shù)有無變化。4.4.彈簧測力計夾角范圍：用兩個彈簧測力計鉤住細繩彈簧測力計夾角范圍：用兩個彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮筋時，其夾角不宜太小，也不宜套互成角度地拉橡皮筋時，其夾角不宜太小，也不宜太大，以太大，以6060到到120120之間為宜。之間為宜。5.5.拉力的選取原那么：在不超出彈簧測力計的量程和拉力的選取原那么：在不超出彈簧測力計的量程和橡皮筋形變限度的條件下，使拉力適當大些。橡皮筋形變限度的條件下，使拉力適當大些。6.6.畫力的圖示的本卷須知：在同一次實驗中，畫力的畫力的圖示的本卷須

14、知：在同一次實驗中，畫力的圖示選定的標度要一樣，并且要恰中選定標度，使力圖示選定的標度要一樣，并且要恰中選定標度，使力的圖示稍大一些。的圖示稍大一些。類型一實驗操作類型一實驗操作【典例【典例1 1】(2021(2021天津高考天津高考) )某研究小組做某研究小組做“驗證力的驗證力的平行四邊形定那么實驗，所用器材有：方木板一塊平行四邊形定那么實驗，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為，白紙，量程為5 N5 N的彈簧測力計兩個，橡皮條的彈簧測力計兩個，橡皮條( (帶兩帶兩個較長的細繩套個較長的細繩套) )，刻度尺，圖釘，刻度尺，圖釘( (假設干個假設干個) )。世紀金榜導學號世紀金榜導學號(1)(

15、1)具體操作前，同學們提出了如下關于實驗操作的建具體操作前，同學們提出了如下關于實驗操作的建議，其中正確的有議，其中正確的有_。 A.A.橡皮條應和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上橡皮條應和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B.B.重復實驗再次進展驗證時，結點重復實驗再次進展驗證時，結點O O的位置可以與前一的位置可以與前一次不同次不同C.C.使用測力計時，施力方向應沿測力計軸線；讀數(shù)時使用測力計時，施力方向應沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應正對測力計刻度視線應正對測力計刻度D.D.用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力于只用一

16、個測力計時的拉力(2)(2)該小組的同學用同一套器材做了四次實驗，白紙上該小組的同學用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標注信息有結點位置留下的標注信息有結點位置O O、力的標度、分力和合力、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如下圖。其中對于提的大小及表示力的作用線的點，如下圖。其中對于提高實驗精度最有利的是高實驗精度最有利的是_。 【解析】【解析】(1)(1)為了使實驗結果更具有普遍性，在實驗過為了使實驗結果更具有普遍性，在實驗過程中不應讓橡皮條的拉力方向具有特殊的角度或位程中不應讓橡皮條的拉力方向具有特殊的角度或位置，置，A A錯誤；只要在一次實驗中用一個力和用兩個力拉錯誤

17、；只要在一次實驗中用一個力和用兩個力拉的效果一樣即可，即的效果一樣即可，即O O點位置一樣，不需要再次重復實點位置一樣，不需要再次重復實驗時的驗時的O O點位置必須與前一次一樣，點位置必須與前一次一樣，B B正確；使用測力正確；使用測力計時，施力方向應沿測力計軸線；讀數(shù)時，視線應正計時，施力方向應沿測力計軸線；讀數(shù)時，視線應正對彈簧測力計的刻度，對彈簧測力計的刻度，C C正確；合力可以大于任一個分正確；合力可以大于任一個分力，也可以等于分力，還可以小于任一分力，力，也可以等于分力，還可以小于任一分力，D D錯誤。錯誤。(2)A(2)A中點間距太近，確定力的方向時誤差較大，不利中點間距太近，確定

18、力的方向時誤差較大，不利于提高實驗精度。同時于提高實驗精度。同時A A、D D實驗中選取的力的標度過實驗中選取的力的標度過大，導致畫力時，線段太短，不利于實驗準確度；大，導致畫力時，線段太短，不利于實驗準確度；B B圖圖和和C C圖選用的標度一樣，但圖選用的標度一樣，但C C中力太小，不利于作平行中力太小，不利于作平行四邊形，故四邊形，故B B符合題意。符合題意。答案：答案：(1)B(1)B、C C(2)B(2)B類型二數(shù)據(jù)處理類型二數(shù)據(jù)處理【典例【典例2 2】某探究小組做】某探究小組做“驗證力的平行四邊形定那么驗證力的平行四邊形定那么實驗，將畫有坐標軸實驗，將畫有坐標軸( (橫軸為橫軸為x

19、x軸，縱軸為軸，縱軸為y y軸，最小軸，最小刻度表示刻度表示1 mm)1 mm)的紙貼在桌面上，如圖甲所示。將橡皮的紙貼在桌面上，如圖甲所示。將橡皮筋的一端筋的一端Q Q固定在固定在y y軸上的軸上的B B點點( (位于圖示局部之外位于圖示局部之外) )，另，另一端一端P P位于位于y y軸上的軸上的A A點時，橡皮筋處于原長。點時，橡皮筋處于原長。世紀金世紀金榜導學號榜導學號(1)(1)用一只測力計將橡皮筋的用一只測力計將橡皮筋的P P端沿端沿y y軸從軸從A A點拉至坐標點拉至坐標原點原點O O，此時拉力，此時拉力F F的大小可由測力計讀出。測力計的的大小可由測力計讀出。測力計的示數(shù)如圖乙

20、所示，示數(shù)如圖乙所示，F(xiàn) F的大小為的大小為_N_N。(2)(2)撤去撤去(1)(1)中的拉力，橡皮筋中的拉力，橡皮筋P P端回到端回到A A點；現(xiàn)使用兩點；現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將個測力計同時拉橡皮筋，再次將P P端拉至端拉至O O點，此時觀點，此時觀察到兩個拉力分別沿圖甲中兩條虛線所示的方向，由察到兩個拉力分別沿圖甲中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F F1 1=4.2 N=4.2 N和和F F2 2=5.6 N=5.6 N。用用5 mm5 mm長度的線段表示長度的線段表示1 N1 N的力，以的力，以O O為作用點，

21、在為作用點，在圖甲中畫出力圖甲中畫出力F1F1、F2F2的圖示，然后按平行四邊形定那的圖示，然后按平行四邊形定那么畫出它們的合力么畫出它們的合力F F合。合。F F合的大小為合的大小為_N_N，F(xiàn) F合與拉力合與拉力F F的夾角的正切值的夾角的正切值為為_。假設假設F F合與拉力合與拉力F F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，那么該實驗驗證了力的平行四邊形的誤差范圍之內(nèi)，那么該實驗驗證了力的平行四邊形定那么。定那么?！窘馕鼋馕觥?1)(1)由圖乙可得每大格之間有由圖乙可得每大格之間有5 5個小格，所以個小格，所以彈簧測力計的最小分度為彈簧測力計的最

22、小分度為0.2 N0.2 N，故可讀出彈簧測力計，故可讀出彈簧測力計讀數(shù)為讀數(shù)為4.0 N4.0 N。(2)(2)由可得由可得F1F1所對長度為所對長度為21 mm21 mm，F(xiàn)2F2所對長度為所對長度為28 mm28 mm，根據(jù)平行四邊形定那么畫出合力大小。如下圖。，根據(jù)平行四邊形定那么畫出合力大小。如下圖。根據(jù)幾何關系可得合力大小為根據(jù)幾何關系可得合力大小為 =4.0 N=4.0 N；F F合合與拉力與拉力F F夾角的正切值為夾角的正切值為 。答案：答案：(2)(2)見解析圖見解析圖225.65.64.2() N22（）5.64.23 2215.642【規(guī)律方法】【規(guī)律方法】 力的合成實驗

23、規(guī)律力的合成實驗規(guī)律(1)(1)為使合力的作用效果與分力的作用效果一樣，每次為使合力的作用效果與分力的作用效果一樣，每次實驗必須保證結點位置保持不變。實驗必須保證結點位置保持不變。(2)(2)利用平行四邊形定那么求得的合力與實際的合力往利用平行四邊形定那么求得的合力與實際的合力往往不一樣，但實際的合力一定沿橡皮筋伸長的方向。往不一樣，但實際的合力一定沿橡皮筋伸長的方向。類型三實驗創(chuàng)新類型三實驗創(chuàng)新【典例【典例3 3】某同學用如下圖的實驗裝置驗證】某同學用如下圖的實驗裝置驗證“力的平行力的平行四邊形定那么，彈簧測力計四邊形定那么，彈簧測力計A A掛于固定點掛于固定點P P，下端用，下端用細線掛一

24、重物細線掛一重物M M，彈簧測力計，彈簧測力計B B的一端用細線系于的一端用細線系于O O點，點，手持另一端向左拉，使結點手持另一端向左拉，使結點O O靜止在某位置，分別讀出靜止在某位置，分別讀出彈簧測力計彈簧測力計A A和和B B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄記錄O O點的位置和拉線的方向。點的位置和拉線的方向。 世紀金榜導學號世紀金榜導學號(1)(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N N，圖中，圖中A A的示的示數(shù)為數(shù)為_。(2)(2)以下不必要的實驗要求是以下不必要的實驗要求是_(_(請?zhí)顚戇x項前對請?zhí)顚戇x項前對應的

25、字母應的字母) )。A.A.應測量重物所受的重力應測量重物所受的重力B.B.彈簧測力計應在使用前校零彈簧測力計應在使用前校零C.C.拉線方向應與木板平面平行拉線方向應與木板平面平行D.D.改變拉力，進展屢次實驗，每次都要使改變拉力，進展屢次實驗，每次都要使O O點靜止在同點靜止在同一位置一位置(3)(3)某次實驗中，該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計某次實驗中，該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A A的指針稍稍的指針稍稍超出量程，請你提出一個解決方法：超出量程，請你提出一個解決方法：_。【解析】【解析】(1)(1)彈簧測力計讀數(shù)，每彈簧測力計讀數(shù)，每1 N1 N被分成被分成5 5格，那么格，那么1 1格就等于格就等于0.2 N0.2 N。圖中指針落在。圖中指針落在3 N3 N到到4 N4 N的第的第3 3格處，格處，所以為所以為3.6 N3.6 N。(2)(2)實驗通過作出三個力的圖示，來驗證實驗通過作出三個力的圖示，來驗證“力的平行四力的平行四邊形定那么邊形定那么，因此重物的重力必須要知道，故，因此重物的重力必須要知道，故A A正確正確；彈簧測力計是測出力的大小，所