实验三 探究两个互成角度的力的合成规律教案.docx
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实验三探究两个互成角度的力的合成规律教案
实验三 探究两个互成角度的力的合成规律
1.会使用弹簧测力计。
2.探究两个互成角度的力的合成规律。
如图所示,分别用一个力F、互成角度的两个力F1、F2,使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O,即伸长量相同,根据合力的定义,F为F1和F2的合力,作出力F及F1、F2的图示,分析F、F1和F2的关系。
方木板,白纸,弹簧测力计(两个),橡皮条,小圆环,细绳套(两个),三角板,刻度尺,图钉(若干),铅笔。
1.装置安装:
在方木板上用图钉固定一张白纸,如图甲,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,另一端固定,橡皮条的原长为GE。
2.两力拉:
如图乙,在小圆环上系上两个细绳套,用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环,小圆环处于O点,橡皮条伸长的长度为EO。
用铅笔描下O点位置、细绳套的方向,并记录两弹簧测力计的读数F1、F2。
3.一力拉:
如图丙,改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环,仍使它处于O点,记下细绳套的方向和弹簧测力计的读数F。
4.重复实验:
改变拉力F1和F2的大小和方向,重做几次实验。
1.用铅笔和刻度尺从点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出F1、F2和F的图示。
2.以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线代表的力记为F′,如图丁。
3.分析多次实验得到的多组数据,比较F与F′在误差允许的范围内是否完全重合,从而总结出两个互成角度的力的合成规律:
平行四边形定则。
1.读数误差
弹簧测力计示数在允许的情况下,尽量大一些,读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确读数和记录。
2.作图误差
(1)点O的位置和拉力的方向画得不准确,作图比例不恰当、不准确等造成作图误差。
(2)两个力F1、F2的夹角太大或太小,导致作图产生较大误差。
1.同一实验中的两个弹簧测力计的选取方法是:
将两个弹簧测力计调零后互钩对拉,若两个弹簧测力计读数相同,则可选;若读数不同,应调整或更换,直至读数相同为止。
2.在同一次实验中,使橡皮条拉长时,点O位置一定要相同。
3.用两个弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,在60°~100°之间为宜。
4.应注意使弹簧测力计与木板平行,并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上,避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦。
在不超过弹簧测力计量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些。
读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度。
5.细绳应适当长一些,便于确定拉力的方向。
不要直接沿细绳的方向画直线,应在细绳末端用铅笔画一个点,再将所标点与O点连接,即可确定拉力的方向。
6.在同一次实验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所作力的图示稍大一些。
考点1 实验原理与操作
例1 某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉所在位置,O为橡皮条与细绳的结点,OB与OC为细绳。
图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
(1)如果没有操作失误,图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是________。
(2)本实验采用的科学方法是________。
A.理想实验法B.等效替代法
C.控制变量法D.建立物理模型法
(3)实验时,主要的步骤是:
A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;
B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端各系上绳套;
C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O。
记录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数;
D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,以表示F1、F2的线段为邻边作平行四边形,并以这两个邻边之间的对角线表示力F;
E.只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个F′的图示;
F.进行多组实验。
比较F′和F的大小和方向,得出结论。
上述步骤中:
①有重要遗漏的步骤的序号是________和________;
②遗漏的内容分别是____________________________和________________
________。
尝试解答
(1)F′__
(2)B__(3)①C__E__②C中应加上“记下两条细绳的方向”__E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”。
(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向;而作图作出的力,由于误差的存在,不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F′。
(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,它们可以等效替代,B正确。
(3)①根据“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的操作步骤可知,有重要遗漏的步骤的序号是C、E。
②在C中未记下两条细绳的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。
实验探究两个互成角度的力的合成规律时应注意的问题
用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和小圆环的位置O),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(小圆环必须在同一位置O)。
[变式1-1] 某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情形如图所示,其中A为固定橡皮条的图钉所在位置,O为橡皮条与细绳的结点,OB与OC为细绳。
(1)该实验用到的实验器材除了方木板、白纸、橡皮条、细绳套(两个)、图钉(几个)等,还需要的实验器材有________。
A.刻度尺 B.量角器 C.弹簧测力计
(2)有关该实验,下列说法正确的是________。
A.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:
将两只弹簧测力计水平放置并调零,之后互钩对拉,若两只弹簧测力计读数相同,则可选;若读数不同,应调整或另换,直至相同为止
B.在同一次实验中,只用一个弹簧测力计通过绳套拉橡皮条,使橡皮条的伸长量与用两个弹簧测力计拉时相同即可
C.用两只弹簧测力计钩住绳套,互成角度地拉橡皮条时,夹角应取合适角度,以便算出合力大小
D.若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而保持橡皮条结点位置不变,只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可
E.在用弹簧测力计拉橡皮条时,应使弹簧测力计的弹簧与木板平面平行
(3)在该实验中,如果将OB与OC细绳也换成橡皮条,那么对实验结果________影响。
(选填“有”或“没有”)
答案
(1)AC
(2)AE (3)没有
解析
(1)该实验用到的实验器材除了方木板、白纸、橡皮条、细绳套(两个)、图钉(几个)等,还需要的实验器材有刻度尺和弹簧测力计。
(2)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:
将两只弹簧测力计水平放置并调零,之后互钩对拉,若两只弹簧测力计读数相同,则可选;若读数不同,应调整或更换,直至相同为止,故A正确。
在同一次实验中,只用一个弹簧测力计通过绳套拉橡皮条,使橡皮条的结点与用两个弹簧测力计拉时到达同一位置,故B错误。
用两只弹簧测力计钩住绳套,互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大或太小,以减小实验误差,故C错误。
若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而保持橡皮条结点位置不变,需调整另一只弹簧测力计拉力的大小和方向,故D错误。
在用弹簧测力计拉橡皮条时,应使弹簧测力计的弹簧与木板平面平行,故E正确。
(3)由于用一个弹簧测力计和用两个弹簧测力计拉橡皮条结点时,只需要效果相同,所以将两根细绳换成两根橡皮条,不会影响实验结果。
[变式1-2] (2020·河北省石家庄市高三(下)一模)如图甲所示是“验证力的平行四边形定则”的实验装置,将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套。
实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条,使结点到达一位置O。
(1)某同学在做该实验时提出如下一些观点,其中不恰当的是________(请填入相应的字母);
A.拉橡皮条的绳细一些且适当长一些,实验效果较好
B.拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行
C.橡皮条弹性要好,拉结点到达某一位置O时,拉力要适当大些
D.两个弹簧测力计拉力的夹角越大越好
E.测量前应把两弹簧测力计互相钩在一起并对拉,观察它们的示数是否相同,应选用示数相同的一对弹簧测力计
F.实验中,用一个弹簧测力计拉橡皮条时,需将结点拉到同一位置O
(2)实验中,用两个弹簧测力计拉橡皮条时,若两个弹簧测力计的读数均为4.00N,且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直,________(选填“能”或“不能”)用一个量程为5.00N的弹簧测力计测量出它们的合力;
(3)如图乙所示,保持左右两侧细绳间的夹角为锐角,并保持拉左侧细绳的测力计的读数不变,而使左侧细绳与橡皮条延长线方向的夹角θ减小,适当调整右侧弹簧测力计的拉力大小和方向,可使结点保持在O点不变,则右侧弹簧测力计的示数________(请填入相应的字母)。
A.一定变大 B.一定不变 C.一定变小
答案
(1)D
(2)不能 (3)C
解析
(1)为了方便而且更加准确确定力的方向,可以使绳细一些且适当长一些,故A正确;实验中作出的是水平方向上力的图示,若拉力倾斜,则作出的力的方向与实际力的方向有较大差别,故应使各力尽量与木板面平行,故B正确;橡皮条弹性要好,拉结点到达某一位置O时,拉力要适当大些,故C正确;为了作图方便且准确,拉力F1和F2的夹角应适当,并非越大越好,故D错误;测量前应把两弹簧测力计互相钩在一起并对拉,观察它们的示数是否相同,应选用示数相同的一对弹簧测力计,故E正确;为了保证合力与分力的作用效果相同,实验中,用一个弹簧测力计拉橡皮条时,需将结点拉到同一位置O,故F正确。
本题选不恰当的,故选D。
(2)实验中,用两个弹簧测力计拉橡皮条时,若两个弹簧测力计的读数均为4.00N,且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直,则合力大小为4N>5N,故不能用一个量程为5.00N的弹簧测力计测量出它们的合力。
(3)由题意可知,保持结点位置不动,即两弹簧测力计拉力的合力大小、方向不变,左侧弹簧测力计的读数不变,左侧细绳与橡皮条延长线方向的夹角θ减小,根据要求作出力的平行四边形,画出受力分析图如图所示,由图可知,右侧弹簧测力计的示数一定变小,故A、B错误,C正确。
考点2 数据处理与误差分析
例2 (2020·云南省昆明市高三“三诊一模”摸底诊断改编)某同学在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,利用以下器材:
两个轻弹簧A和B、白纸、方木板、橡皮筋、图钉、细线、钩码、刻度尺、铅笔。
实验步骤如下:
(1)用刻度尺测得弹簧A的原长为6.00cm,弹簧B的原长为8.00cm;
(2)如图甲,分别将弹簧A、B悬挂起来,在弹簧的下端挂上质量为m=100g的钩码,钩码静止时,测得弹簧A长度为6.98cm,弹簧B长度为9.96cm。
取重力加速度g=9.8m/s2,忽略弹簧自重的影响,两弹簧的劲度系数分别为kA=________N/m,kB=________N/m;
(3)如图乙,将木板水平固定,再用图钉把白纸固定在木板上,将橡皮筋一端固定在M点,另一端系两根细线,弹簧A、B一端分别系在这两根细线上,互成一定角度同时水平拉弹簧A、B,把橡皮筋结点拉到纸面上某一位置,用铅笔描下结点位置并记为O。
测得此时弹簧A的长度为8.10cm,弹簧B的长度为11.80cm,并在每条细线的某一位置用铅笔记下点P1和P2;
(4)如图丙,取下弹簧A,只通过弹簧B水平拉细线,仍将橡皮筋结点拉到O点,测得此时弹簧B的长度为13.90cm,并用铅笔在此时细线的某一位置记下点