人教版高中物理必修一 (实验：探究两个互成角度的力的合成规律)相互作用——力教学课件

- 1 - 实验：探究两个互成角度的力的合成规律

【学习素养·明目标】 科学探究：1.验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则.2.进一步使用作图法求两个共点力的合力．

一、实验原理和方法

一个力F′的作用效果与两个力F1、F2的作用效果都可以使相同的一端固定的橡皮条伸长到同一点O，则F′必与F1、F2的合力等效，以F1、F2为邻边作平行四边形求出合力F，比较F′与F的大小和方向，以验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则．

二、实验器材

方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔、橡皮条、细绳(两根)等．

三、实验步骤及数据处理

1．仪器的安装：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上，并用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套，如图所示．

2．操作与记录

(1)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向．

(2)用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向．

3．作图与分析

(1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以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，此对角线即为合力F的图示．

(2)用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计时的拉力F′的图示，如图所示．

- 2 - (3)比较一下力F′与用平行四边形定则求出的合力F，在误差允许的范围内，大小和方向是否相同．

(4)改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复上述实验两次．

四、误差分析

产生原因 减小方法

偶然误差 读数误差 读数时眼睛要正视刻度线

作图误差 作图时严格尺度规范作图

系统误差 弹簧测力计本身的误差 调零、两弹簧测力计对拉读数相等

[学生用书P70]

1．在“验证平行四边形定则”的实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把结点拉到某一确定的O点，以下操作正确的是( )

A．同一次实验过程中，O点的位置允许变动

B．实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度

C．实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一个弹簧测力计的大小和方向，把橡皮条的另一端拉到O点

D．实验中两弹簧测力计的示数必须相同

解析：选B.从橡皮条固定点到O点的连线方向，是合力的作用线方向，如果O点变动，那么合力的大小、方向就要变化，力的作用效果就不相同，A错误；实验时，为减小实验误差，弹簧测力计要与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度，B正确；因一个弹簧测力计已拉到最大量程，再通过另一个弹簧测力计拉，使橡皮条结点到O点时，第一个弹簧测力计有可能超过量程，损坏弹簧测力计，违反仪器使用规则，C错误；两拉力必须相同是没有必要的，D错误．

2.

(多选)在“验证平行四边形定则”实验中，需要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(如图所示)．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．某同学认为在此过程中必须注意以下几项，其中正确的是( )

A．两根细绳必须等长

B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上

C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行

D．用两个弹簧测力计拉绳套时，两测力计示数可以不同

解析：选CD.在本实验中细绳只记录作用力的方向，两绳不必等长；两力合成时，其合力方向不一定在两分力的夹角平分线上，因此，不必使橡皮条与两绳夹角的平分线在同一直线上；实验时弹簧测力计应与木板平面平行，使读数与绳作用力相等，则C正确，A、B错误；两测力计拉绳套时，两力的大小可以不同，也不宜太小，D正确．

3．“探究合力与分力的关系”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，P为橡皮条与细绳的结点，用两根互成角度的弹簧测力计把结点P拉到位置O.

探究两个互成角度的力的合成规律实验步骤

实验名称：探究两个互成角度的力的合成规律

实验目的：通过实验探究两个互成角度的力的合成规律，验证力的合成规律。

实验器材：

1.弹簧测力计（N级别）

2.弹簧挠度表

3.实验装置支架

4.实验架和杆

5.两个簧秤盘

6.两只质量小的木块

7.改变角度的装置

8.可固定角度的支架

9.实验记录表

实验步骤：

1.准备实验装置：将一根实验杆固定在支架上，所用弹簧挠度表固定在实验杆的一个端点上。

2.安装改变角度的装置：将一个可以改变角度的装置固定在实验杆的另一个端点上。 3.安装两个簧秤盘：将两个簧秤盘分别装在改变角度的装置上，并调整两个簧秤盘的位置，使之与实验杆互成一定的角度（如30度和60度）。

4.将质量小的木块分别挂在两个簧秤盘上，记录下两个簧秤盘的示数，作为初试测量值。

5.通过改变角度的装置，让两个簧秤盘的角度分别变为45度和75度，记录下两个簧秤盘的示数，并进行测量记录。

6.将角度变为0度或180度，记录下两个簧秤盘的示数，并进行测量记录。

7.根据实验记录数据计算每个角度下的合力大小。

8.绘制合力随角度变化的曲线图。

9.分析实验结果，验证力的合成规律。

实验注意事项：

1.实验过程中可能产生较大的力，请确保实验装置的稳定性，以防发生意外。

2.实验操作时需小心，避免弹簧挠度表受到不必要的损坏。

3.实验记录要准确，尽量记录更多的数据点以提高实验结果的准确性。

实验原理简介：

当两个互成角度的力以一定的大小和方向作用于物体上时，这两个力的合力可以通过力的合成规律来确定。根据力的合成规律，合力的大小等于两个力合成后的矢量的长度，合力的方向等于两个力合成后的矢量的方向。 实验结果分析：

通过实验记录的数据，可以计算出每个角度下的合力大小，并绘制合力随角度变化的曲线图。根据实验结果，可以验证力的合成规律。实验结果应该表明，当两个互成角度的力作用于物体上时，合力的大小和方向可以由力的合成规律来确定。

第三章 相互作用——力

【课程标准】

1.2.1 认识重力、弹力与摩擦力。通过实验，了解胡克定律，知道滑动摩擦和静摩擦现象，能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小。

1.2.2 通过实验，了解力的合成与分解，知道矢量和标量。能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题。

一 、单元教材概述

新教材第一章、第二章学习的是关于运动学的知识，不涉及发生各种运动的原因。本章学习的是关于力的知识，并研究物体处于平衡状态下各力间的相互关系,开始建立运动和力的相互作用间的关系，本章在高中物理教学中占有重要地位，在培养学生的学科素养启着至关重要的地位。

本单元内容可分为四部分：

第一部分：包括《3.1 重力与弹力》、《3.2 摩擦力》，这是物体受到的基本性质力，为共点力作用下的物体的受力分析提前做好准备。

第二部分：《3.3 牛顿第三定律》讲述了作用力与反作用力，为解决共点力平衡为题的受力分析奠定了必要的理论知识。

第三部分：《3.4 力的合成与分解》要求学生掌握平行四边形法则进行力的合成与分解的运算，为后续的共点力平衡的学习提供工具。

第四部分：《3.5 共点力的平衡》是本章的重难点，学生在学习共点力的过程中，所形成的科学思维方法，为下一章应用牛顿第二定律带来帮助，有利于学生形成运动和力的相互作用的观念。

【注意事项】

1. 强化了胡克定律的教学过程

课程标准明确要求“通过实验，了解胡克定律”,“探究弹簧弹力与形变量的关系”被列为高中物理学生的必做实验，是新教材必考的12个实验之一。新教材中以“实验”栏目，全面陈述了探究胡克定律的实验过程，并让学生自主获得实验数据，制作弹簧弹力和伸长量关系的F-x图像，发现并概括弹簧弹力与伸长量的定量关系，形成胡克定律的结论，学生需要对本实验高度关注。

2.牛顿第三定律 — — 为受力分析奠定基础 牛顿第三定律在新教材中教学提前，出现在摩擦力之后，有利于加速对重力、弹力和摩擦力的理解，为共点力的分析奠定了知识基础。