高中物理必修第一冊(cè)(人教版)學(xué)生用書-第三章-6-實(shí)驗(yàn)：探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律

6.實(shí)驗(yàn)：探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律新課程標(biāo)準(zhǔn)1．探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律．2．學(xué)會(huì)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．核心素養(yǎng)目標(biāo)科學(xué)思維會(huì)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．科學(xué)探究通過實(shí)驗(yàn)得出平行四邊形定則．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任尊重客觀事實(shí)，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度．實(shí)驗(yàn)必備·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、________(兩個(gè))、橡皮條、小圓環(huán)、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、________、圖釘(若干)、鉛筆．二、實(shí)驗(yàn)思路1．實(shí)驗(yàn)的基本思想——________法．2．實(shí)驗(yàn)思路(1)記錄分力：通過兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地________拉動(dòng)小圓環(huán)處于某一點(diǎn)，記錄F1、F2.(2)記錄合力：改用一個(gè)____________單獨(dú)拉住小圓環(huán)，仍使小圓環(huán)處于同一位置，記錄F.(3)觀察圖形：用力的圖示法畫出拉力F1、F2和F.用虛線把拉力F的箭頭分別與F1、F2的箭頭連接，觀察所圍成的形狀像不像一個(gè)________形．3．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(1)兩組物理量的測(cè)量：①分力的測(cè)量：測(cè)量分力F1大小和方向、F2大小和方向．②合力的測(cè)量：測(cè)量合力F大小和方向．(2)畫四邊形．三、實(shí)驗(yàn)步驟1．裝置安裝：在方木板上用圖釘________一張白紙，如圖甲，輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端，在小圓環(huán)上系兩個(gè)細(xì)繩套，橡皮條另一端固定，長度為GE.2．兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的使用：如圖乙，用手通過兩個(gè)____________互成角度地共同拉動(dòng)小圓環(huán)，使小圓環(huán)處于O點(diǎn)，橡皮條伸長的長度為OE.用鉛筆描下________、細(xì)繩套的________，并記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的________．3．一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的使用：如圖丙，改用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)單獨(dú)拉住小圓環(huán)，仍使它處于O點(diǎn)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的________和細(xì)繩套的________．4．觀察圖形：如圖丁，由紙上O點(diǎn)出發(fā)，用力的圖示法畫出拉力F1、F2和F.用虛線把拉力F的箭頭分別與F1、F2的箭頭________，能看到所圍成的形狀像是一個(gè)________形．5．重復(fù)實(shí)驗(yàn)：用作圖工具進(jìn)行檢驗(yàn)，并改變拉力F1和F2的大小和方向，重做實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)所圍成的圖形是不是平行四邊形．四、數(shù)據(jù)收集與分析1．分力數(shù)據(jù)的收集：兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度，拉力F1大小和方向、F2大小和方向．2．合力數(shù)據(jù)的收集：一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，拉力F的大小和方向．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：以F1、F2為鄰邊，F(xiàn)為對(duì)角線所圍成的四邊形形狀是平行四邊形，所以兩個(gè)互成角度的力的合成遵循平行四邊形定則．五、注意事項(xiàng)1．位置不變：在同一次實(shí)驗(yàn)中，兩次拉長橡皮條時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同．2．拉力方向及記錄：在使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，應(yīng)通過細(xì)繩套拉動(dòng)小圓環(huán)，這時(shí)，彈簧與木板面平行，避免彈簧與彈簧測(cè)力計(jì)外殼有摩擦；為了提高實(shí)驗(yàn)精度，細(xì)繩略長一些好，以便更好地確定拉力的方向．3．角度合適：有兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)，兩拉力的夾角不要太大，也不要太小，在60°～120°為宜，作力的圖示時(shí)，標(biāo)度要適當(dāng)大些．4．拉力合適：在滿足拉力不超過彈簧測(cè)力計(jì)的量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下，應(yīng)該使拉力盡量大一些，以減小實(shí)驗(yàn)誤差．精析典例·素養(yǎng)提升——突出綜合性素養(yǎng)形成類型一實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理典例示范例1以下是某實(shí)驗(yàn)小組“探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的過程．(1)首選進(jìn)行如下操作：①如圖甲，輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端，另一端固定，橡皮條的長度為GE；②如圖乙，用手通過兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)共同拉動(dòng)小圓環(huán)．小圓環(huán)在拉力F1、F2的共同作用下，位于O點(diǎn)，橡皮條伸長的長度為EO；③撤去F1、F2，改用一個(gè)力F單獨(dú)拉住小圓環(huán)，仍使其位于O點(diǎn)，如圖丙．同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，力F單獨(dú)作用，與F1、F2共同作用的效果是一樣的，都使小圓環(huán)保持靜止，由于兩次橡皮條伸長的長度相同，即________，所以F等于F1、F2的合力．(2)然后實(shí)驗(yàn)小組探究了合力F與分力F1、F2的關(guān)系：①由紙上O點(diǎn)出發(fā)，用力的圖示法畫出拉力F1、F2和F(三個(gè)力的方向沿各自拉線的方向，三個(gè)力大小由彈簧測(cè)力計(jì)讀出)；②用虛線將拉力F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接，如圖丁，得到的啟示是________；③多次改變拉力F1、F2的大小和方向，重做上述實(shí)驗(yàn)，通過畫各力的圖示，進(jìn)一步檢驗(yàn)所圍成的圖形．實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)：在兩個(gè)力合成時(shí)，以表示這兩個(gè)力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線就代表合力的大小和方向，這個(gè)規(guī)律叫作________．針對(duì)訓(xùn)練1完成“探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)主要步驟：(1)如圖甲，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，記下結(jié)點(diǎn)O的位置，兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2以及兩細(xì)繩的方向．(2)如圖乙，用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到________，記下細(xì)繩的方向(如圖丙中的c)，讀得彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F＝________．(3)如圖丙，按選定的標(biāo)度作出了力F1、F2的圖示，請(qǐng)?jiān)趫D丙中：①按同樣的標(biāo)度作出力F的圖示．②用虛線把F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接，能看到所圍成的形狀像是一個(gè)________．針對(duì)訓(xùn)練2小明利用圖(甲)所示的方法做“探究二力合成的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)．(1)實(shí)驗(yàn)所用的一只彈簧測(cè)力計(jì)如圖(乙)所示，在用它測(cè)力前應(yīng)對(duì)它進(jìn)行的操作是________．(2)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)如(丙)圖所示，小明用虛線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連接起來；觀察圖形后，他覺得所畫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)為小明接下來應(yīng)該做些什么？(至少寫兩點(diǎn))①________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.類型二創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)典例示范例2[2022·河北張家口高一月考]很多物理實(shí)驗(yàn)，利用身邊的生活物品就可操作．一同學(xué)用電子秤、鏡框、細(xì)線和貼在墻上的白紙等物品，在家中探究力的平行四邊形定則．(1)如圖甲所示，在電子秤下端懸掛一鏡框，記下鏡框________時(shí)電子秤的示數(shù)F；(2)如圖乙所示，將三條細(xì)線L1、L2、L3的一端打結(jié)，另一端分別拴在兩個(gè)電子秤掛鉤、鏡框上，互成角度地拉開細(xì)線L1、L2，使鏡框靜止．在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置和細(xì)線L1、L2、L3的________以及兩個(gè)電子秤的示數(shù)F1、F2；(3)在白紙上按一定標(biāo)度在O點(diǎn)作出拉力F(沿L3方向向上)、F1、F2的圖示，根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，比較F′與________的大小和方向，即可判斷力的平行四邊形定則是否成立．針對(duì)訓(xùn)練3某學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)“探究兩個(gè)互成角度的力的合力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，裝置如圖1所示，在豎直放置的木板上部附近兩側(cè)，固定兩個(gè)力傳感器，同一高度放置兩個(gè)可以移動(dòng)的定滑輪，兩根細(xì)繩跨過定滑輪分別與兩力傳感器連接，在兩細(xì)繩連接的結(jié)點(diǎn)O處下方懸掛鉤碼，力傳感器1、2的示數(shù)分別為F1、F2，調(diào)節(jié)兩個(gè)定滑輪的位置可以改變兩細(xì)繩間的夾角．實(shí)驗(yàn)中使用若干相同的鉤碼，每個(gè)鉤碼的質(zhì)量均為100克，取g＝9.8m/s2.(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是________．A．實(shí)驗(yàn)開始前，需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi)B.每次實(shí)驗(yàn)都必須保證結(jié)點(diǎn)位于O點(diǎn)C．實(shí)驗(yàn)時(shí)需要記錄鉤碼數(shù)量、兩力傳感器的示數(shù)和三細(xì)繩的方向D．實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要一個(gè)力傳感器單獨(dú)測(cè)量懸掛于O點(diǎn)鉤碼的總重力(2)根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，該同學(xué)已經(jīng)按照力的圖示的要求畫出了F1、F2(如圖2所示)，請(qǐng)你作圖得到F1、F2的合力F(只作圖，不求大小)，并寫出該合力不完全豎直的一種可能原因________________________________________________________________________________________________________________________________________________.評(píng)價(jià)檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.在進(jìn)行“探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，用如圖(a)所示的兩個(gè)力拉彈簧使之伸長至某一位置，并適當(dāng)調(diào)整力的方向，使兩力之間的夾角為90°.(圖中鉤碼規(guī)格相同)(1)換用一根線牽引彈簧如圖(b)，使彈簧的伸長量與兩個(gè)力作用時(shí)相同，此時(shí)需要掛________個(gè)與圖(a)中相同規(guī)格的鉤碼．(2)你對(duì)合力與分力遵循什么樣的規(guī)律作出的猜想是________________．(3)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是________．A．理想實(shí)驗(yàn)B．等效替代C．控制變量D．物理模型2．“探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(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)果畫出的圖示．()(1)某次實(shí)驗(yàn)中，拉OC細(xì)繩的彈簧測(cè)力計(jì)指針位置如圖甲所示，其讀數(shù)為________N；在圖乙中用虛線連接F1、F2、F箭頭端(在誤差允許的范圍內(nèi))所圍成的形狀是一個(gè)____________．(2)關(guān)于此實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是________．A．與橡皮筋連接的細(xì)繩必須等長B．用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí)，應(yīng)使兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力相等，以便算出合力的大小C．用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí)，結(jié)點(diǎn)位置必須與用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置重合D．拉橡皮筋的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要短一些6．實(shí)驗(yàn)：探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)一、彈簧測(cè)力計(jì)刻度尺二、1．等效替代2．(1)共同(2)彈簧測(cè)力計(jì)(3)平行四邊三、1．固定2．彈簧測(cè)力計(jì)O點(diǎn)位置方向讀數(shù)3．讀數(shù)方向4．連接平行四邊精析典例·素養(yǎng)提升類型一【例1】【解析】(1)橡皮條對(duì)小圓環(huán)的拉力相同，即相同的作用效果．(2)②得到的啟示是可能構(gòu)成平行四邊形．③表示這兩個(gè)力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線就代表合力的大小和方向，這個(gè)規(guī)律叫做平行四邊形定則．【答案】(1)相同的作用效果(2)②可能構(gòu)成平行四邊形③平行四邊形定則針對(duì)訓(xùn)練1解析：(2)用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，記下細(xì)繩的方向，由圖乙可讀得彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F＝4.0N.(3)①作出力F的圖示如圖所示．②F1、F2和F的箭頭端連接后如圖所示，圍成的圖形像平形四邊形．答案：(2)同一位置4.0N(3)①見解析圖②平行四邊形針對(duì)訓(xùn)練2解析：(1)彈簧測(cè)力計(jì)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)根據(jù)所畫的圖形很像平行四邊形這一事實(shí)，小明接下來應(yīng)該做以下事情：①改變F1、F2的大小和方向，把橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想；②把橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到另一位置，測(cè)出對(duì)應(yīng)的F1、F2和F，驗(yàn)證猜想；③與同學(xué)交流，得出合理結(jié)論．答案：(1)調(diào)零(2)①改變F1、F2的大小和方向，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想②把橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到另一位置，由對(duì)應(yīng)的F1、F2和F驗(yàn)證猜想類型二【例2】【解析】當(dāng)用三條細(xì)線懸掛鏡框時(shí)，細(xì)線L1、L2的拉力F1、F2的作用效果與F作用效果相同，比較根據(jù)平行四邊形定則作出的F1、F2的合力F′與F的關(guān)系即可判斷平行四邊形定則是否成立．【答案】(1)靜止(2)方向(3)F針對(duì)訓(xùn)練3解析：(2)根據(jù)平行四邊形定則作出合力F如圖所示：由于定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等原因?qū)е略摵狭Σ煌耆Q直．答案：(1)AC(2)如解析圖所示定滑輪有摩擦(或木板未豎直放置)評(píng)價(jià)檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．解析：(1)設(shè)一個(gè)鉤碼的重力為G，圖(a)中互成90°的兩個(gè)力分別為4G和3G，則合力為5G，圖(b)中為了保持拉力的作用效果相同，故要掛5個(gè)相同的鉤碼．(2)根據(jù)3、4、5個(gè)鉤碼及夾角的關(guān)系，可知猜想出力的合成遵循平行四邊形定則或三角形定則．(3)該實(shí)驗(yàn)保證合力與幾個(gè)分力共同作用的作用效果相同，運(yùn)用了等效替代法，故選B.答案：(1)5(2)力的合成遵循平行四邊形定