物理 第三章 相互作用 實(shí)驗(yàn) 探究求合力的方法 新人教版必修1

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1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn):探究求合力的方法探究求合力的方法自主閱讀自我檢測(cè)一、實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)力F的作用效果與兩個(gè)共點(diǎn)力F1和F2的共同作用效果都是把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉伸到某點(diǎn),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(shí)驗(yàn)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(gè)力合成是否遵循平行四邊形定則。二、實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、圖釘若干、細(xì)芯鉛筆、橡皮條一段、細(xì)繩套兩個(gè)、彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè)、三角板、刻度尺。自主閱讀自我檢測(cè)三、實(shí)驗(yàn)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(diǎn),在橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套。2.用

2、兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條將結(jié)點(diǎn)拉到某位置O,用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)的位置、細(xì)繩的方向,并記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。3.如圖乙所示,按適當(dāng)?shù)谋壤鞒鰞蓚€(gè)彈簧測(cè)力計(jì)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(huà)出平行四邊形,并畫(huà)出對(duì)角線(xiàn)F。自主閱讀自我檢測(cè)4.用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條拉到同一位置O,記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向,并用同樣的比例作出這個(gè)力F的圖示。5.比較F與F的大小和方向,看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否相同,從而驗(yàn)證平行四邊形定則。自主閱讀自我檢測(cè)1.正誤辨析(1)實(shí)驗(yàn)中合力與分力的作用效果相同,此實(shí)驗(yàn)中力的作用效果是指橡皮條伸長(zhǎng)的長(zhǎng)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(zhǎng)的長(zhǎng)度相同,拉的方向也相同。答案:(2)記錄細(xì)繩的方向時(shí),在細(xì)繩下白紙上點(diǎn)兩個(gè)點(diǎn)即可。 ()解析:細(xì)繩下白紙上點(diǎn)兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn),再用尺子連成線(xiàn)就是細(xì)繩的方向。答案:(3)每次實(shí)驗(yàn)時(shí),只要記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就可以了。 ()解析:每次實(shí)驗(yàn)時(shí),要記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)和細(xì)線(xiàn)的方向。答案:自主閱讀自我檢測(cè)(4)用兩彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí),兩彈簧測(cè)力計(jì)間的夾角應(yīng)取900。 ()解析:兩彈簧測(cè)力計(jì)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(cè)2.每次實(shí)驗(yàn)都必須保證結(jié)點(diǎn)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(zhǎng)長(zhǎng)度相同,能否驗(yàn)證平行四邊形定則?提示:每次實(shí)驗(yàn)保證結(jié)點(diǎn)位置保持不變,是為了使合力的作用效果與兩個(gè)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(zhǎng)長(zhǎng)度相同但結(jié)點(diǎn)位置不同,說(shuō)明兩次效果不同,不滿(mǎn)足合力與分力的關(guān)系,不能驗(yàn)證平行四邊形定則。3.如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究?jī)闪狭﹄S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(guò)觀察結(jié)點(diǎn)的位置變化,判斷合力大小的變化情況。結(jié)點(diǎn)離固定點(diǎn)越遠(yuǎn),說(shuō)明兩力的合力越大。知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二作圖與分析作圖與分析問(wèn)題導(dǎo)引實(shí)驗(yàn)時(shí)由作圖法得到的合力F

5、和單個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量的實(shí)際合力F忘記標(biāo)注而造成錯(cuò)亂,你如何加以區(qū)分?要點(diǎn)提示:由彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量合力時(shí)必須使橡皮筋伸直,所以與AO共線(xiàn)的合力表示由單個(gè)測(cè)力計(jì)測(cè)量得到的實(shí)際合力F,不共線(xiàn)的合力表示由作圖法得到的合力F。知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的方法(1)理論值:在白紙上按比例從O點(diǎn)開(kāi)始作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)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(cè)量值:按同樣的比例用刻度尺從O點(diǎn)起作出一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)拉力F的圖示。知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。注意:在同一次實(shí)

6、驗(yàn)中,畫(huà)力的圖示選定的標(biāo)度要相同,并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度,使力的圖示稍大一些。知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)。將一木板豎直平行放在鐵架臺(tái)和輕彈簧所在平面后面。其部分實(shí)驗(yàn)操作如下,請(qǐng)完成下列相關(guān)內(nèi)容:知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二(1)如圖甲,在木板上記下懸掛兩個(gè)鉤碼時(shí)彈簧末端的位置O;(2)如圖乙所示,卸下鉤碼,然后將兩細(xì)繩套系在彈簧下端,用兩彈簧測(cè)力計(jì)將輕彈簧末端拉到同一位置O,記錄細(xì)繩套AO、BO的及兩彈簧測(cè)力計(jì)相應(yīng)的讀數(shù)。其中B彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為 N;(3)該同學(xué)在坐標(biāo)紙上畫(huà)出兩彈簧拉力FA、FB的大小和方向如圖丙所示,請(qǐng)?jiān)趫D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(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)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(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)誤差與注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)誤差與注意事項(xiàng)問(wèn)題導(dǎo)引本實(shí)驗(yàn)中對(duì)兩只彈簧測(cè)力計(jì)有何要求?使用時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題?要點(diǎn)提示:(1)本實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測(cè)力計(jì)的選取方法:將兩只彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后互鉤水平對(duì)拉過(guò)程中,讀數(shù)相同,則可選;若讀數(shù)不同,應(yīng)另?yè)Q或調(diào)校,直至相同為止。(2)使用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)力時(shí),讀數(shù)應(yīng)盡量大些,但不能超出它的測(cè)量范圍。(3)被測(cè)力的方向應(yīng)與彈簧測(cè)力計(jì)軸線(xiàn)方向一致,拉動(dòng)時(shí)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(shí)應(yīng)正對(duì)、平視刻度。知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)歸納1.誤差分析(1)讀數(shù)誤差。彈簧測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)在允許的情況下,盡量大一些,讀數(shù)時(shí)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(diǎn)O的位置和兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的方向畫(huà)得不準(zhǔn)確,造成作圖誤差。兩個(gè)分力的起始夾角太大,如大于120,再重復(fù)做兩次實(shí)驗(yàn),為保證結(jié)點(diǎn)O位置不變(即保證合力不變),則變化范圍不大,因而彈簧測(cè)力計(jì)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(dāng)、不準(zhǔn)確等造成作圖誤差。知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二2.規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作(1)位置不變:在同一次實(shí)驗(yàn)中,將橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同。(2)角度合適:兩個(gè)彈簧測(cè)力

9、計(jì)所拉細(xì)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(cè)力計(jì)量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)的前提下,測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)盡量大一些。(4)細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些,便于確定力的方向。不要直接沿細(xì)繩套方向畫(huà)直線(xiàn),應(yīng)在細(xì)繩套兩端畫(huà)個(gè)投影點(diǎn),去掉細(xì)繩套后,連直線(xiàn)確定力的方向。知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二典例剖析【例2】 在探究求合力的方法的實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩。(1)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是()A.理想實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中,采取下列哪些方法和步驟可以減小實(shí)驗(yàn)誤差()A.兩個(gè)分力F1、

10、F2間的夾角越大越好B.拉橡皮條的細(xì)繩要稍長(zhǎng)一些C.實(shí)驗(yàn)中,彈簧測(cè)力計(jì)必須與木板平行D.讀數(shù)時(shí)視線(xiàn)要正對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)刻度知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二解析:(1)本實(shí)驗(yàn)是采用等效替代的方法,當(dāng)兩個(gè)力作用使橡皮條結(jié)點(diǎn)O伸長(zhǎng)到某一點(diǎn),另一個(gè)力作用也使橡皮條結(jié)點(diǎn)O伸長(zhǎng)到同一點(diǎn)時(shí),這個(gè)力就是前兩個(gè)力的合力,選B。(2)本實(shí)驗(yàn)中兩彈簧測(cè)力計(jì)所拉繩間的夾角一般在60到120之間較合適,A錯(cuò)誤;為了減小誤差,便于確定兩拉力的方向,拉橡皮條的細(xì)繩要稍長(zhǎng)一些,且必須使橡皮條、細(xì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)都與木板平行,細(xì)繩要與彈簧測(cè)力計(jì)軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)上,讀數(shù)時(shí)視線(xiàn)要正對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)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(shí)驗(yàn)后,某同學(xué)將其實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程進(jìn)行了回顧,并在筆記本上記下如下幾條體會(huì),你認(rèn)為他的體會(huì)正確的是()A.用兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí),應(yīng)使兩細(xì)繩套間的夾角為90,以便算出合力的大小B.用兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)合力的圖示F與用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)力的圖示F不完全重合,在誤差允許范圍內(nèi),可以說(shuō)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(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí),應(yīng)使彈簧測(cè)力計(jì)的彈簧與木板平面平行12345解析:用兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí),兩細(xì)繩套的夾角約在60120范圍,實(shí)驗(yàn)中不需要計(jì)算出合力的

12、大小,沒(méi)必要非得把細(xì)繩套間夾角設(shè)定為90,A錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)中F與F的圖示不一定完全重合,只要兩者長(zhǎng)度差不多,夾角很小,就可以近似認(rèn)為驗(yàn)證了“力的平行四邊形定則”,B對(duì)。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(guò)F1、F2大小的變化確定F大小的變化,C錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使彈簧測(cè)力計(jì)的彈簧與木板平面平行,D對(duì)。答案:BD123452.(多選)在探究求合力的方法實(shí)驗(yàn)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(xì)繩。實(shí)驗(yàn)時(shí),需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過(guò)兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過(guò)細(xì)繩拉橡皮條。實(shí)驗(yàn)對(duì)兩次拉伸橡皮條的要求中,下列

13、說(shuō)法正確的是 ()A.將橡皮條拉伸相同長(zhǎng)度即可B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長(zhǎng)度C.將彈簧測(cè)力計(jì)都拉伸到相同刻度D.將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置解析:實(shí)驗(yàn)中兩次拉伸橡皮條時(shí),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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的力的圖示,下列說(shuō)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(shí)際測(cè)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(shí)際測(cè)量值C.在實(shí)驗(yàn)中,如果將細(xì)繩也換成橡皮條,那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有影響D.在實(shí)驗(yàn)中,如果將細(xì)繩也換成橡皮條,那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響12345解析:F1與F2合成的理論值是通過(guò)平行四邊形定則算出的值,而實(shí)際測(cè)量值是單獨(dú)一個(gè)力拉O點(diǎn)時(shí)的值,因此F是F1與F2合成的理論值,F是F1與F2合成的實(shí)際測(cè)量值,故A錯(cuò)誤,B正確。由于作用效果相同,將兩個(gè)細(xì)繩換成兩根橡皮條,不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,故C正確,D錯(cuò)誤。答案:BC123454.某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究求合力的方法。彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P,下端用細(xì)線(xiàn)掛一重物M。彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線(xiàn)系于O點(diǎn),手持另一端水平向左拉,使結(jié)點(diǎn)O

15、靜止在某位置。分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線(xiàn)方向。12345(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)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(shí)驗(yàn)要求是。(請(qǐng)?zhí)顚?xiě)選項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)A.應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力B.彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零C.拉線(xiàn)方向應(yīng)與木板平面平行D.改變拉力,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置(3)某次實(shí)驗(yàn)中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)A的指針稍稍超出量程,請(qǐng)您提出兩個(gè)解決辦法。12345解析:(1)由彈簧測(cè)力計(jì)可讀出數(shù)據(jù)為3.60 N;(2)因?yàn)橹灰狾點(diǎn)受力平衡,三個(gè)力的合力為零即可,沒(méi)有必要每次都要使O點(diǎn)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(cè)力計(jì)的讀數(shù)減小,將A更換成較大量程的彈簧測(cè)力計(jì)以及改變彈簧測(cè)力計(jì)B拉力的方向也可。答案:(1)3.60(2)D(3)改變彈簧測(cè)力計(jì)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(cè)力計(jì)、改變彈簧測(cè)力計(jì)B拉力的方向等)123455.將橡皮條的一端固定在A點(diǎn),另一端拴上兩根細(xì)繩,每根細(xì)繩分別連著一個(gè)量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測(cè)力計(jì)。沿著兩個(gè)不同的方向拉彈簧測(cè)力計(jì),當(dāng)橡皮條的活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí),兩根細(xì)繩相互垂直,如圖甲所示。這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)可從圖中讀出。12345(1)由圖可讀得兩個(gè)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(huà)出這兩個(gè)力及它們的合力。解析:(1)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)分別是2.5 N,4.0 N。(2)如圖所示。根據(jù)測(cè)量結(jié)果,每小格代表0.5 N,能保證力的圖示較準(zhǔn)確,若每小格代表1 N,則2.5 N的力表達(dá)上容易造成誤差,在確定合力大小時(shí),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(jiàn)解析圖