《科學探究：力的合成》力與平衡PPT(第1課時實驗：探究兩個互成角度的力的合成規律)

描述

《科學探究：力的合成》力與平衡PPT(第1課時實驗：探究兩個互成角度的力的合成規律)

第一部分內容：實驗基礎

實驗目的

1．探究兩個互成角度的共點力與其合力間的關係。

2．學習用等效思想探究向量合成的方法。

實驗器材

木板、橡皮筋、細繩、彈簧測力計、圖釘、白紙、鉛筆、刻度尺、三角板。

實驗原理與設計

1．設兩個互成角度的共點力F1與F2作用於某一物體，產生明顯的作用效果。

2．用一個力F來代替F1和F2，產生相同的作用效果。

3．測出F1、F2和F，比較它們的大小和方向，找出規律。

實驗步驟

1．如圖(a)所示，在鋪有白紙的木板上，將橡皮筋一端用圖釘固定於A點，另一端與兩細線打一個結點B。兩細線分別掛上彈簧測力計。

2．如圖(b)所示，分別用力拉兩隻彈簧測力計，用鉛筆標示結點B被拉伸到的位置，記為O點。記下此時兩隻彈簧測力計的示數F1、F2，並沿著兩細線標示出力的方向。

3．如圖(c)所示，用力拉一隻彈簧測力計。同樣將結點B拉到O處。記下此時彈簧測力計的示數F,並沿細線標記出力的方向。

4．用力的圖示畫出F1、F2及F。

科學探究力的合成PPT，第二部分內容：資料分析及結論

1．數據分析

(1)比較F1、F2、F的大小和方向，能否看出三者之間的關係？試一試，將F1、F2、F的箭頭端用虛線連起來，找出滿足的規律並進行論證。

(2)改變兩個力F1與F2的大小和夾角，再重複上述實驗兩次。

2．實驗結論

在實驗誤差允許的範圍內，F是F1與F2的合力，F1、F2和F滿足平行四邊形定則。

誤差分析

1．使用中，彈簧測力計的彈簧和外殼之間、指針和外殼之間或彈簧測力計的外殼和紙面之間有摩擦力存在會造成系統誤差。

2．兩次測量拉力時，橡皮筋的結點不可能做到完全拉到同一點而造成偶然誤差。

3．兩個分力的夾角太小或太大，F1、F2數值太小，作出力的圖示求合力時，會造成偶然誤差。

注意事項

1．結點

(1)定位結點時要準確；

(2)同一次實驗中橡皮筋結點位置必須維持不變。

2．拉力

(1)以彈簧測力計測拉力時要使拉力沿彈簧測力計軸線方向；

(2)應使橡皮筋、彈簧測力計和細繩套位於與紙面平行的同一平面內；

(3)兩個分力F1、F2間的夾角不要太大或太小。

科學探究力的合成PPT，第三部分內容：實驗考點

考點一 實驗原理與操作

[範例1]　某同學做「探究兩個互成角度的力的合成規律」的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結點，OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據實驗結果畫出的圖。

(1)如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________。

(2)本實驗所採用的科學方法是________。

A．理想實驗法B．等效替代法

C．控制變數法 D.建立物理模型法

(3)實驗時，主要的步驟是：

A．在桌上放一塊方木板，在方木板上舖一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；

B．用圖釘把橡皮筋的一端固定在板上的A點，在橡皮筋的另一端繫上兩條細繩，細繩的另一端繫著繩套；

C．用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長，結點到達某一位置O，記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數；

D．依選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩隻彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，並用平行四邊形定則求出合力F；

E．只用一支彈簧測力計，透過細繩套拉橡皮筋使其伸長，讀出彈簧測力計的示數，記下細繩的方向，按同一標度作出這個力F′的圖示；

F．比較F′和F的大小和方向,看它們是否相同，得出結論。

上述步驟中，

①有重要遺漏的步驟的序號是________和________；

②遺漏的內容分別是_____________________________

和________________________________________________。

(3)力的合成遵循平行四邊形定則，力的圖示法要表示出力的大小、方向和作用點，因此要表示出分力， 必須先測量出其大小和方向，故步驟C中遺漏了方向；合力與分力是一種等效替代的關係，替代的前提是等效，實驗中合力與分力一定使橡皮筋產生相同的形變效果，故步驟E中遺漏了使結點到達同樣的位置。

[關鍵點撥]

(1)每次實驗須確保結點位置不變，是為了使合力的作用效果與兩個分力共同作用的效果相同，這是物理學中等效替換的思想方法。

(2)由於力是向量，不僅有大小，還有方向，實驗中必須記錄“兩條細繩的方向”，比較時既要比較大小又要比較方向。

[對點訓練]

1.在「探究兩個互成角度的力的合成規律」實驗中，某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮筋的一端固定在板上一點，兩個細繩套繫在橡皮筋的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮筋伸長，結點到達紙面上某一位置，如圖所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整：

①用鉛筆描下結點位置，記為O；

②記錄兩個彈簧測力計的示數F1和F2，沿著每條細繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把對應的點連成線；

考點二 資料處理與誤差分析

[範例2]　某探究小組做「探究兩個互成角度的力的合成規律」的實驗，將畫有座標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上，如圖甲所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位於圖示部分之外)，另一端P位於y軸上的A點時，橡皮筋處於原長。

(1)用一支彈簧測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至座標原點O，此時拉力F的大小可由彈簧測力計讀出。彈簧測力計的示數如圖乙所示，F的大小為________ N。

(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點，現使用兩個彈簧測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿著圖甲中兩條虛線所示的方向，由彈簧測力計的示數讀出兩個拉力的大小分別為F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。

[關鍵點撥]

(1)彈簧測力計讀數時要依據最小刻度來決定估讀位數，最終的讀數要以有效數字的形式給出。

(2)力的合成遵循平行四邊形定則，作圖時用刻度尺借助於三角板規範作圖。

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更新時間: 2024-07-05

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