2017-2018學(xué)年高中物理第三章相互作用實(shí)驗(yàn)：探究求合力的方法學(xué)案新人教版必修1

1、實(shí)驗(yàn)：探究求合力的方法實(shí)臉要庶梳理IF記要山落丈基娥一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力合成的平行四邊形定則。2進(jìn)一步練習(xí)用作圖法求兩個(gè)共點(diǎn)力的合力。二、 實(shí)驗(yàn)儀器方木板、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(若 干)、鉛筆。三、 實(shí)驗(yàn)原理1 合力F的確定：一個(gè)力F的作用效果與兩個(gè)共點(diǎn)力Fi與F2共同作用的效果都是 把橡皮條拉伸到某點(diǎn)，貝UF為Fi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F和F2的合力F的圖示。3平行四邊形定則的驗(yàn)證：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，比較F和F是否大小相等、方向相同。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1 儀器的安裝(1) 釘白紙，

2、用圖釘把一張白紙釘在方木板上，將方木板放在水平桌面上。(2) 拴繩套：用圖釘把橡皮條的一端固定在木板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩套。2 操作與記錄(1)兩力拉：用兩個(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，使橡皮條 伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置 Q 如圖 1 所示)。用鉛筆描下結(jié)點(diǎn) 0 的位置和兩條細(xì)繩套的方向， 并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。(2) 一力拉：只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同的位置Q記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向。3.作圖對(duì)比(1)理論2A圖 2值：在白紙上按比例從0點(diǎn)開(kāi)始作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮條時(shí)拉力Fi和F2的圖示，利用刻度尺和三

3、角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F(如圖 2 所示)。(2) 測(cè)量值：按同樣的比例用刻度尺從0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。(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)是否重合。4.重復(fù)改變兩個(gè)分力Fi和F2的大小和夾角，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次，比較每次的F與F在實(shí)驗(yàn)誤差 允許的范圍內(nèi)是否相等。五、 注意事項(xiàng)1 .結(jié)點(diǎn)(1) 定位0點(diǎn)時(shí)要力求準(zhǔn)確；(2) 同一次實(shí)驗(yàn)中橡皮條拉長(zhǎng)后的0點(diǎn)必須保持位置不變。2.拉力(1) 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力時(shí)要使拉力沿彈簧測(cè)力計(jì)軸線方向；(2) 應(yīng)使橡皮條、彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩套位于與紙面平行的同一平面內(nèi)；(3) 兩個(gè)分力Fi、F2

4、間的夾角0不要太大或太小。3.作圖(1) 在同一次實(shí)驗(yàn)中，選定的比例要相同；(2) 嚴(yán)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。六、 誤差分析1.彈簧測(cè)力計(jì)使用前沒(méi)調(diào)零會(huì)造成誤差。2. 使用中，彈簧測(cè)力計(jì)的彈簧和外殼之間、指針和外殼之間或彈簧測(cè)力計(jì)的外殼和紙 面之間有摩擦力存在會(huì)造成誤差。3.兩次測(cè)量拉力時(shí)，橡皮條的結(jié)點(diǎn)沒(méi)有拉到同一點(diǎn)會(huì)造成偶然誤差。4.兩個(gè)分力的夾角太小或太大，R、F2數(shù)值太小，應(yīng)用平行四邊形定則作圖時(shí)，會(huì)造 成偶然誤差。七、注意事項(xiàng)31 正確使用彈簧測(cè)力計(jì)(1) 測(cè)量前應(yīng)首先檢查彈簧測(cè)力計(jì)的零點(diǎn)是否準(zhǔn)確，注意使用中不要超過(guò)其彈性限度。(2) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)必

5、須保持與木板平行，且拉力應(yīng)沿軸線方向。彈簧測(cè)力計(jì)的指針、拉桿都不要與刻度板和刻度板末端的限位孔發(fā)生摩擦。(3) 讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)、平視刻度，估讀到最小刻度的下一位。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，應(yīng)在細(xì) 繩套兩端畫(huà)個(gè)投影點(diǎn)，去掉細(xì)繩套后，連直線確定力的方向。3規(guī)范合理作圖：在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫(huà)力的圖示選定的

6、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。預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問(wèn)題記錄在下面的表格中問(wèn)題 1問(wèn)題 2問(wèn)題 3合件探克檢心突謹(jǐn)要點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)操作例 1在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上的A點(diǎn)，另一端系上兩根細(xì)繩，細(xì)繩的另一端都有繩套。實(shí)驗(yàn)中需用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別 鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮條至某一確定的0點(diǎn)，如圖 3 所示。疑難問(wèn)題卡片4(1)某同學(xué)認(rèn)為在此過(guò)程中必須注意以下幾點(diǎn)：A. 兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力必須等大B.同一次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，0 點(diǎn)的位置不允許變動(dòng)5C.為了減小誤差，兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)必須接近量程其中正確的是 _。(填選項(xiàng)前的字母

7、)(2)上述實(shí)驗(yàn)中所說(shuō)的合力與兩個(gè)分力具有相同的效果，是指下列說(shuō)法中的_。A. 彈簧測(cè)力計(jì)的彈簧被拉長(zhǎng)B. 固定橡皮條的圖釘受拉力產(chǎn)生形變C. 繩套受拉力產(chǎn)生形變D. 使橡皮條在同一方向上伸長(zhǎng)同一長(zhǎng)度解析(1)兩彈簧測(cè)力計(jì)的彈力大小要適中，但不一定大小相同，也不一定必須接近彈 簧測(cè)力計(jì)的量程，選項(xiàng) A、C 錯(cuò)誤；只有將繩套與橡皮條的結(jié)點(diǎn)每次都拉至0點(diǎn)，橡皮條才沿同一方向產(chǎn)生相同的形變，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力才產(chǎn)生相同的效果，選項(xiàng)B 正確。(2)該實(shí)驗(yàn)中所說(shuō)的合力與兩個(gè)分力具有相同的效果，是指合力與兩個(gè)分力分別拉橡皮 條時(shí)，使橡皮條在同一方向上伸長(zhǎng)同一長(zhǎng)度，選項(xiàng)D 正確。答案(1)B(2)D要點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)

8、數(shù)據(jù)處理例 2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4 所示。這時(shí)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)可從圖中讀出。A圖 4(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。(2) 在虛線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。6思路點(diǎn)撥 作力的圖示時(shí)，要選好標(biāo)度，注意平行四邊形中的實(shí)線、 虛線的區(qū)別和箭頭、 標(biāo)度、單位。k !_rT |一u-u- r r r r L L I I r rJIr r L L7解析(1)彈簧測(cè)力計(jì)的

9、讀數(shù)分別是4.00 N,2.50 N。(2)根據(jù)測(cè)量結(jié)果，每小格代表0.5 N,將保證力的圖示較準(zhǔn)確，若每小格代表 1 N,則2.50 N 的力的表示容易造成誤差，在確定合力大小時(shí)，容易造成較大誤差。力的圖示應(yīng)有 標(biāo)度，有箭頭。如圖所示。圖 5(1)改變鉤碼個(gè)數(shù)，能完成實(shí)驗(yàn)的是()A. 鉤碼的個(gè)數(shù)N=N2= 2, 2= 4B. 鉤碼的個(gè)數(shù)N=N3= 3, Na= 4C. 鉤碼的個(gè)數(shù)N=N2=Nb= 4D.鉤碼的個(gè)數(shù)N= 3, 2= 4, 5(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個(gè)步驟是()A 標(biāo)記結(jié)點(diǎn)0的位置，并記錄OA OB 0C三段繩子的方向B. 量出OA OB OC三段繩子的長(zhǎng)度C. 用量

10、角器量出三段繩子之間的夾角D. 用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量在作圖時(shí)，你認(rèn)為下圖中正確的是 _(選填“甲”或“乙”)。答案(1)4.002.50要點(diǎn)三見(jiàn)解析圖例 3某同學(xué)利用如圖5 所示的裝置來(lái)驗(yàn)證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B,將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O每個(gè)鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子的拉力FOA、FOB和FC,回答下列問(wèn)題:8解析(1)OA OB OC分別表示三個(gè)力的大小，由于三共點(diǎn)力平衡，所以三個(gè)力的大小構(gòu)成一個(gè)三角形。2、2、4 不可以構(gòu)成三角形，故 A 錯(cuò)誤，B C D 都正確。(2) 為驗(yàn)證平行四邊形定則， 必須作受力圖，所以先明確

11、受力點(diǎn)， 即標(biāo)記結(jié)點(diǎn)0的位置，其次要作出力的方向并讀出力的大小，最后作出力的圖示，因此要做好記錄，從力的三要素角度出發(fā)，要記錄鉤碼的個(gè)數(shù)和記錄OA OB 0C三段繩子的方向，故 A 正確，B、C D 錯(cuò)誤。(3) 以0點(diǎn)為研究對(duì)象，F(xiàn)a為實(shí)際作用效果，在0C這條線上，由于誤差的存在，F(xiàn)、F2的理論合力值要與實(shí)際值有一定偏差，故甲圖符合實(shí)際。答案(1)BCD (2)A(3)甲題后點(diǎn)評(píng)|(1) 源于教材 本例的實(shí)驗(yàn)原理與教材實(shí)驗(yàn)的原理相同。(2) 高于教材一一本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有使用彈簧秤測(cè)力的大小，而是用鉤碼的重力作為繩的拉力，同時(shí)用兩個(gè)光滑的滑輪調(diào)節(jié)兩繩拉力的方向。I.課堂達(dá)淀，反饋檢測(cè)1 在做“探究求

12、合力的方法”實(shí)驗(yàn)時(shí)，要使每次合力與分力產(chǎn)生相同的效果，必須( )A. 每次將橡皮條拉到同樣的位置B. 每次把橡皮條拉直C. 每次準(zhǔn)確讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)D. 每次記準(zhǔn)細(xì)繩的方向答案 A2.(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，下列說(shuō)法正確的是 _ (填字母代號(hào))。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)度乙9C. 將彈簧測(cè)力計(jì)都拉伸到相同刻度D. 將橡皮條和

13、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，所以選B D。答案 BD3. 做“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，步驟如下：(1) 在水平放置的木板上固定一張白紙。(2) 把橡皮條的一端固定在木板的A點(diǎn)，另一端連接兩根繩套。(3) 通過(guò)繩套用兩個(gè)互成角度的彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)拉橡皮條使橡皮條伸長(zhǎng)到某一點(diǎn)O并記錄0點(diǎn)的位置。(4) 此時(shí)需記錄下_、_ 和兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)Fi、F2。(5) 改用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條拉長(zhǎng)到 _ 后，再記錄下_ 和彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F。(6) 用鉛筆和刻度尺從力的作用點(diǎn)0沿兩繩套的方向畫(huà)直線。選好標(biāo)度，按

14、Fi、F2的大小作兩個(gè)力的圖示。用三角板作平行四邊形，求得合力F。(7) 比較一下，力F與用平行四邊形定則求得的合力F的大小和方向是否相同。解析 本實(shí)驗(yàn)要記錄力的大小和方向，大小是通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)讀出，方向是通過(guò)細(xì)繩套來(lái)確定；為保證分力的作用效果和合力的作用效果相同，本實(shí)驗(yàn)要求每次都把橡皮條拉到同一點(diǎn)Q答案(4)Fi的方向F2的方向(5)0點(diǎn)的位置F的方向4. 在“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)中。(1) 需要將橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細(xì)繩，實(shí)驗(yàn)中需要兩個(gè)彈 簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩，并互成角度地拉橡皮筋。某同學(xué)認(rèn)為此過(guò)程中必須注意以下幾項(xiàng)；A.兩細(xì)繩必須等長(zhǎng)B.橡皮筋一定要與兩繩夾

15、角的角平分線在同一直線上C.在使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)要注意彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行其中正確的是 _。(填相應(yīng)的字母代號(hào))(2) 用M N兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過(guò)細(xì)繩拉橡皮筋的結(jié)點(diǎn)，使其到達(dá)0點(diǎn)，此時(shí)a+3=90,然后保持M的示數(shù)不變，而使a角減小，為保持結(jié)點(diǎn)位置不變，下列方法可行的是10。(填相應(yīng)的字母代號(hào))A. 減小 N 的示數(shù)同時(shí)減小B. 減小 N 的示數(shù)同時(shí)增大3角3角11C. 增大N的示數(shù)同時(shí)增大3角D.增大N的示數(shù)同時(shí)減小3角解析 細(xì)繩的作用是能顯示出力的方向，所以不必等長(zhǎng)，故A 錯(cuò)誤：兩細(xì)繩拉橡皮筋時(shí)，只要確保拉到同一點(diǎn)即可，不一定橡皮筋要在兩細(xì)繩的夾角平分線上，故B 錯(cuò)誤；在拉彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)必

16、須要求彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行，否則會(huì)影響力的大小，故C 正確。(2)要保證結(jié)點(diǎn)不動(dòng)，應(yīng)保證合力不變，則由平行四邊形定則可知，合力不變，M方向向合力方向靠攏，則N的拉力應(yīng)減小，同時(shí)應(yīng)減小3角。故選 A。答案(1)C(2)A5某同學(xué)用如圖 6 甲所示的裝置探究求合力的方法。用一木板豎直放在鐵架臺(tái)和輕彈 簧所在平面后，其部分實(shí)驗(yàn)操作如下，請(qǐng)完成下列相關(guān)內(nèi)容：屮乙(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0;(2) 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0記錄細(xì)繩套AO B0的_ 及兩彈簧測(cè)力計(jì)相應(yīng)的讀數(shù)。圖乙中B彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為_(kāi) N;(3) 該

17、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。答案(2)方向 11.40(3)如圖所示-sirso茫12O卜、6.小明通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究求合力的方法:(1)實(shí)驗(yàn)所用的一只彈簧測(cè)力計(jì)如圖指苛血板秤鉤F的圖示。(測(cè)得F= 4.9 N，圖中a、b為記錄F方向的兩點(diǎn))(3)小明用虛線把F的箭頭末端分別與Fi、F2的箭頭末端連接起來(lái)；觀察圖形后，他覺(jué) 得所畫(huà)的圖形很像平行四邊形。至此，為正確得出求合力的一般方法，你認(rèn)為小明接下來(lái)應(yīng) 該做些什么？(寫(xiě)出兩點(diǎn)即可)_解析(1)該實(shí)驗(yàn)所用彈簧測(cè)力計(jì)開(kāi)始時(shí)指針不在零位置，故在用它測(cè)力前應(yīng)對(duì)它進(jìn)行 的操作是調(diào)零。(2)根

18、據(jù)力的三要素作出合力F的圖示：7 甲所示，在用它測(cè)力前應(yīng)對(duì)它進(jìn)行的操作是在測(cè)出Fi、F2和對(duì)應(yīng)的合力F后，他在紙上畫(huà)出了Fi、F2的圖示，如圖乙所示。請(qǐng)你幫助他在圖甲13(3)根據(jù)所畫(huà)的圖形很像平行四邊形這一事實(shí)，小明接下來(lái)應(yīng)該做以下事情：驗(yàn)證圖形基本就是平行四邊形；得出求合力的一般方法；改變Fi、F2的大小和方向，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想；與同學(xué)交流，得出合理結(jié)論。14答案（1）調(diào)零（2）見(jiàn)解析圖（3）驗(yàn)證該圖形基本就是平行四邊形；得出求合力的一般方法；改變Fi、F2的大小和方向，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想；與同學(xué)交流，得出合理結(jié)論（任選其二）7某同學(xué)通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)探究求合力的方法。實(shí)驗(yàn)步驟：將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。如圖 8 所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時(shí)，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為0、Q,記錄彈簧秤的示數(shù)F,測(cè)量并記錄0、02間的距離（即橡皮筋的長(zhǎng)度1）。每次將彈簧秤示數(shù)改變 0.50 N,測(cè)出所對(duì) 應(yīng)的I，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：F/N00.501.001.502.002.5