《科学探究：力的合成》力与平衡PPT(第1课时实验：探究两个互成角度的力的合成规律)

《科学探究：力的合成》力与平衡PPT(第1课时实验：探究两个互成角度的力的合成规律)

第一部分内容：实验基础

实验目的

1．探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系。

2．学习用等效思想探究矢量合成的方法。

实验器材

木板、橡皮筋、细绳、弹簧测力计、图钉、白纸、铅笔、刻度尺、三角板。

实验原理与设计

1．让两个互成角度的共点力F1与F2作用于某一物体，并产生明显的作用效果。

2．用一个力F来代替F1和F2，产生同样的作用效果。

3．测出F1、F2和F，比较它们的大小和方向，找出规律。

实验步骤

1．如图(a)所示，在铺有白纸的木板上，将橡皮筋一端用图钉固定于A点，另一端与两细线打一个结点B。两细线分别挂上弹簧测力计。

2．如图(b)所示，分别用力拉两只弹簧测力计，用铅笔标出结点B被拉伸到的位置，记为O点。记下此时两只弹簧测力计的示数F1、F2，并沿两细线标记出力的方向。

3．如图(c)所示，用力拉一只弹簧测力计。同样将结点B拉到O处。记下此时弹簧测力计的示数F,并沿细线标记出力的方向。

4．用力的图示画出F1、F2及F。

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科学探究力的合成PPT，第二部分内容：数据分析及结论

1．数据分析

(1)比较F1、F2、F的大小和方向，能否看出三者之间的关系？试一试，将F1、F2、F的箭头端用虚线连起来，找出满足的规律并进行论证。

(2)改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复上述实验两次。

2．实验结论

在实验误差允许的范围内，F是F1与F2的合力，F1、F2和F满足平行四边形定则。

误差分析

1．使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会引起系统误差。

2．两次测量拉力时，橡皮筋的结点不可能做到完全拉到同一点而造成偶然误差。

3．两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，作出力的图示求合力时，会造成偶然误差。

注意事项

1．结点

(1)定位结点时要准确；

(2)同一次实验中橡皮筋结点位置必须保持不变。

2．拉力

(1)用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向；

(2)应使橡皮筋、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内；

(3)两个分力F1、F2间的夹角不要太大或太小。

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科学探究力的合成PPT，第三部分内容：实验考点

考点一   实验原理与操作

[典例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为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和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．用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点，在橡皮筋的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；

C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，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只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；

E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮筋使其伸长，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力F′的图示；

F．比较F′和F的大小和方向,看它们是否相同，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________________________________________________。

(3)力的合成遵循平行四边形定则，力的图示法要表示出力的大小、方向和作用点，因此要表示出分力， 必须先测量出其大小和方向，故步骤C中遗漏了方向；合力与分力是一种等效替代的关系，替代的前提是等效，实验中合力与分力一定使橡皮筋产生相同的形变效果，故步骤E中遗漏了使结点到达同样的位置。

[关键点拨]

(1)每次实验须保证结点位置保持不变，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替换的思想方法。

(2)由于力是矢量，不仅有大小，还有方向，实验中必须记录“两条细绳的方向”，比较时既要比较大小又要比较方向。

[对点训练]

1.在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮筋的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮筋的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮筋伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整：

①用铅笔描下结点位置，记为O；

②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；

考点二   数据处理和误差分析

[典例2]　某探究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图甲所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。

(1)用一只弹簧测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由弹簧测力计读出。弹簧测力计的示数如图乙所示，F的大小为________ N。

(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点，现使用两个弹簧测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向，由弹簧测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。

[关键点拨]

(1)弹簧测力计读数时要依据最小刻度确定估读位数，最终的读数要以有效数字的形式给出。

(2)力的合成遵循平行四边形定则，作图时用刻度尺借助于三角板规范作图。

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