（全國通用版）2018-2019高中物理 第三章 相互作用 實驗：探究求合力的方法學案 新人教版必修1

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1、 實驗：探究求合力的方法 [學習目標]　1.驗證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則.2.練習用作圖法求兩個力的合力. 一、實驗儀器 方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(若干)、鉛筆. 二、實驗原理 1.合力F′的確定：一個力F′的作用效果與兩個共點力F1與F2共同作用的效果都是把橡皮條拉伸到某點，則F′為F1和F2的合力. 2.合力理論值F的確定：根據(jù)平行四邊形定則作出F1和F2的合力F的圖示. 3.平行四邊形定則的驗證：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，比較F′和F是否大小相等、方向相同. 三、實驗步驟 1.在方木板上用圖釘固定一張

2、白紙，如圖1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. 圖1 2.用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點拉到某位置O，用鉛筆描下結點的位置、細繩的方向，并記錄兩彈簧測力計的讀數(shù). 3.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. 4.如圖乙所示，按適當?shù)谋壤鞒鲇脙蓚€彈簧測力計拉時的拉力F1和F2的圖示以及用一個彈簧測力計拉時的拉力F′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. 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

3、邊形定則. 四、注意事項 1.結點 (1)定位O點時要力求準確； (2)同一次實驗中橡皮條拉長后的O點必須保持位置不變. 2.拉力 (1)用彈簧測力計測拉力時要使拉力沿彈簧測力計軸線方向； (2)應使橡皮條、彈簧測力計和細繩套位于與紙面平行的同一平面內(nèi)； (3)兩個分力F1、F2間的夾角θ不要太大或太小. 3.作圖 (1)在同一次實驗中，選定的比例要相同； (2)嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力. 五、誤差分析 1.彈簧測力計使用前沒調(diào)零會造成誤差. 2.使用中，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外殼和紙面之間有摩擦力存在

4、會造成誤差. 3.兩次測量拉力時，橡皮條的結點沒有拉到同一點會造成偶然誤差. 4.兩個分力的夾角太小或太大以及F1、F2數(shù)值太小，應用平行四邊形定則作圖時，都會造成偶然誤差. 一、實驗原理及步驟 例1　做“探究求合力的方法”的實驗時： (1)除已有的器材(方木板、白紙、彈簧測力計、細繩套、刻度尺、圖釘和鉛筆)外，還必須有________和________. (2)在做上述實驗時，在水平放置的木板上用圖釘固定一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上，另一端結兩個細繩套，通過細繩用兩個互成角度的彈簧測力計拉橡皮條，使結點移到某一位置O，此時需記下：①________；②________；

5、③________.然后用一個彈簧測力計把橡皮條拉長，使結點到達________，再記下________. (3)在某次實驗中，某同學的實驗結果如圖2所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩結點的位置.圖中________是力F1與F2的合力的理論值；________是力F1與F2的合力的實驗值.通過把________和________進行比較，驗證平行四邊形定則. 圖2 答案　(1)三角板　橡皮條 (2)①O點位置?、诩毨K所指方向?、巯鄳獜椈蓽y力計讀數(shù)　同一位置O點　彈簧測力計讀數(shù)和細繩方向 (3)F　F′　F　F′ 【考點】實驗：探究求合力的方法 【題點】實驗原理

6、及步驟 二、實驗數(shù)據(jù)處理 例2　某同學用如圖3甲所示的裝置探究求合力的方法.將一木板(圖中未畫出)豎直放置，與鐵架臺和輕彈簧所在平面平行.其部分實驗操作如下，請完成下列相關內(nèi)容： 圖3 (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)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的讀數(shù).圖乙中B彈簧測力計的讀數(shù)為________N； (3)該同學在坐標紙上畫出兩彈簧測力計拉力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′； (4)已知鉤碼的重力，可

7、得彈簧所受的拉力F如圖丙所示，觀察比較F和F′，得出結論：__________________. 答案　(2)方向　11.40　(3)如圖所示 (4)在實驗誤差允許范圍內(nèi)F和F′相等，求合力可遵循平行四邊形定則 【考點】實驗：探究求合力的方法 【題點】實驗數(shù)據(jù)處理 三、實驗創(chuàng)新 例3　有同學利用如圖4所示的裝置來探究求合力的方法：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結點O，每個鉤碼的重量相等，當系統(tǒng)達到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力FTOA、FTOB和FTOC，回答下列問題： 圖4 (1)(多選)改變鉤碼個數(shù)，實驗能完成的是(　　) A

8、.鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝2，N3＝4 B.鉤碼的個數(shù)N1＝N3＝3，N2＝4 C.鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝N3＝4 D.鉤碼的個數(shù)N1＝3，N2＝4，N3＝5 (2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是(　　) A.標記結點O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向和鉤碼個數(shù) B.量出OA、OB、OC三段繩子的長度 C.用量角器量出三段繩子之間的夾角 D.用天平測出鉤碼的質(zhì)量 (3)在作圖時，你認為圖5中________(選填“甲”或“乙”)是正確的. 圖5 答案　(1)BCD　(2)A　(3)甲 解析　(1)對O點受力分析如圖所示，OA、OB、OC分別表示FT

9、OA、FTOB、FTOC的大小，由于三個共點力處于平衡，所以FTOA、FTOB的合力大小等于FTOC，且FTOC

10、圖甲符合實際，題圖乙不符合實際. 【考點】實驗：探究求合力的方法 【題點】實驗原理及步驟 1.(實驗原理)在“探究求合力的方法”的實驗中，把橡皮條一端固定于P點，另一端通過細繩套連接兩只彈簧測力計，并把該端拉至O點，測得PO長為L，如圖6所示，則實驗中(　　) 圖6 A.選取的細繩套適當長一些 B.只需要記錄彈簧測力計的讀數(shù) C.兩根細繩套間的夾角越大越好 D.改用一只彈簧測力計拉橡皮條時，只需使橡皮條的長度仍為L 答案　A 解析　為了減小實驗測量的誤差，選取的細繩套應適當長一些，故A正確.實驗中需記錄彈簧測力計的讀數(shù)、拉力的方向以及結點O的位置，故B錯誤.為了減小

11、測量的誤差，兩根細繩套間的夾角要適當大一些，不是越大越好，故C錯誤.為了產(chǎn)生相同的效果，改用一只彈簧測力計拉橡皮條時，仍然要拉到同一結點，故D錯誤. 【考點】實驗：探究求合力的方法 【題點】實驗原理及注意事項 2.(實驗原理)在做“探究求合力的方法”的實驗中，以下說法中正確的是(　　) A.用兩只彈簧測力計拉橡皮條時，兩細繩之間的夾角必須為90°，以便求出合力的大小 B.用兩只彈簧測力計拉橡皮條時，結點的位置必須與用一只彈簧測力計拉時結點的位置重合 C.若用兩只彈簧測力計拉時合力的圖示F與用一只彈簧測力計拉時拉力的圖示F′不完全重合，說明力的合成的平行四邊形定則不一定是普遍成立的

12、 D.同一實驗過程中，結點O的位置允許變動 答案　B 解析　理論上，細繩之間的夾角是任意的，不需要計算，可以用彈簧測力計和量角器測量力的大小和方向，A錯誤；前后兩次結點的位置相同，力的作用效果才相同，B正確，D錯誤；由于測量和作圖存在誤差，F(xiàn)′和F的方向不一定重合，實驗可以證明，在誤差允許的范圍內(nèi)，平行四邊形定則總是成立的，C錯誤. 【考點】實驗：探究求合力的方法 【題點】實驗原理及注意事項 3.(注意事項)(多選)在做“探究求合力的方法”實驗時，使用彈簧測力計必須注意(　　) A.測量前檢查彈簧測力計的指針是否指在零點 B.測量前應把兩彈簧測力計互相勾在一起并對拉，觀察它們的示

13、數(shù)是否相同，應選用示數(shù)相同的一對彈簧測力計 C.在用彈簧測力計拉橡皮條時，外殼不要與指針摩擦 D.兩根細繩必須等長 答案　ABC 解析　A、B選項是為了讀數(shù)準確，C可以保證準確的測出拉力的大小，細繩的作用是能顯示出力的方向，所以不要求必須等長，D錯誤. 【考點】實驗：探究求合力的方法 【題點】實驗原理及注意事項 4.(實驗原理及步驟)某同學做“探究求合力的方法”實驗時，主要步驟有： A.在水平桌面上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上； B.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端系著繩套； C.用兩個彈簧測力

14、計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結點到達某一位置O，記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)； D.只用一只彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細繩的方向； E.按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出用兩只彈簧測力計拉時的拉力F1和F2的圖示以及用一個彈簧測力計拉時的拉力F′的圖示，并以F1、F2為鄰邊用平行四邊形定則求出合力F； F.比較F′和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，得出結論. 上述步驟中： (1)有重要遺漏的步驟的序號是________和________； (2)遺漏的內(nèi)容分別是_____________

15、__________和____________________________. 答案　(1)C　D　(2)C中應加上“記下兩條細繩的方向”　D中應說明“把橡皮條的結點拉到同一位置O” 解析　(1)根據(jù)“探究求合力的方法”實驗的操作規(guī)程可知，有重要遺漏的步驟的序號是C、D. (2)在C中未記下兩條細繩的方向，D中未說明是否把橡皮條的結點拉到同一位置O. 【考點】實驗：探究求合力的方法 【題點】實驗原理及步驟 5.(實驗數(shù)據(jù)處理)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

16、活動端拉到O點時，兩根細繩相互垂直，如圖7甲所示.這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出. 圖7 (1)由圖可讀出兩個相互垂直的拉力的大小分別為________N和________N. (2)在圖乙的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力. 答案　(1)2.50　4.00　(2)見解析圖 解析　由題圖可知，豎直方向的彈簧測力計的讀數(shù)為2.50 N，水平向右的彈簧測力計的讀數(shù)為4.00 N.因為讀數(shù)2.50 N、4.00 N均是0.50 N的整數(shù)倍，所以選方格紙中一個小方格的邊長表示0.50 N，應用平行四邊形定則，即可畫出兩個力以及它們的合力，如圖所示. 【考點】實驗：

17、探究求合力的方法 【題點】實驗數(shù)據(jù)處理 6.(實驗原理及步驟)某同學用如圖8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，手持另一端向左拉，使結點O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點的位置和細線方向. 圖8 (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(　　) A.應測量重物M所受的重力 B.彈簧測力計應在使用前校零 C.拉線方向應與木板平面平行 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. 答案　(1)3.6　(2)D　(3)①改變彈簧測力計B拉力的方向和大??；②減小重物M的質(zhì)量；③將A更換成較大量程的彈簧測力計(任選其二) 解析　(1)由題圖可知彈簧測力計示數(shù)為3.6 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； (3)減小重物M的質(zhì)量，可使彈簧測力計的讀數(shù)減小，以及將A更換成較大量程的彈簧測力計或改變彈簧測力計B拉力的方向和大小. 【考點】實驗：探究求合力的方法 【題點】實驗原理及步驟 9