第三章 4.2 实验：探究两个互成角度的力的合成规律-2021-2022学年新教材高中物理必修第一册【金版新学案】配套教师用书（人教版）

第2课时　实验：探究两个互成角度的力的合成规律 一、实验目的 1．探究两个互成角度的力的合成规律。 2．用作图法检验图形是不是平行四边形。 二、实验思路 1．实验的基本思想——等效替代法。 2．实验思路 (1)记录分力：通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环处于某一点，记录F1、F2。 (2)记录合力：改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使小圆环处于同一位置，记录F。 (3)观察图形：用力的图示法画出拉力F1、F2和F。用虚线把拉力F的箭头分别与F1、F2的箭头连接，观察所围成的形状像不像一个平行四边形。 3．进行实验 (1)两组物理量的测量。 ①分力的测量：测量分力F1的大小和方向、F2的大小和方向。 ②合力的测量：测量合力F的大小和方向。 (2)画四边形。 三、注意事项 1．位置不变：在同一次实验中，两次拉长橡皮条时结点的位置一定要相同。 2．拉力方向及记录：在使用弹簧测力计时，应通过细绳套拉动小圆环，并且使弹簧的伸长方向与所测拉力的方向平行，避免弹簧与弹簧测力计外壳有摩擦；为了提高实验精度，细绳略长一些，以便更好地确定拉力的方向。 3．角度合适：用两个弹簧测力计拉橡皮条时，两拉力的夹角不要太大，也不要太小，在60°～120°为宜，做力的图示时，标度要适当大些。 4．拉力合适：在满足拉力不超过弹簧测力计的量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应该使拉力尽量大一些，以减小实验误差。 四、误差分析 1．读数误差：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些，读数时视线一定要正对刻度线，要按有效数字正确读数和记录。 2．作图误差 (1)O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确，造成作图误差。 (2)两个分力的起始夹角α太大，如大于120°，再重复做两次实验，为保证O位置不变(即保证合力不变)，则α变化范围不大，因而弹簧测力计示数变化不显著，读数误差较大，导致作图产生较大误差。 (3)作图比例不恰当、不准确等造成作图误差。 探究点一　实验过程与操作 1．装置安装：在方木板上用图钉固定一张白纸，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，如图甲。在小圆环上系上两个细绳套，另一端固定，橡皮条的原长为GE。 2．两个弹簧测力计的使用：如图乙，用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环，使其处于O点，橡皮条伸长的长度为OE。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。 3．一个弹簧测力计的使用：如图丙，改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使其处于O点，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。 4．观察图形：如图丁，由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F。用虚线把拉力F的箭头分别与F1、F2的箭头连接，能看到所围成的形状像一个平行四边形。 5．重复实验：用作图工具进行检验，并改变拉力F1和F2的大小和方向，重做实验，检验所围成的图形是不是平行四边形。 以下是某实验小组“探究两个互成角度的力的合成规律”的过程。 (1)首先进行如下操作： ①如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定， 橡皮条的长度为GE； ②如图乙，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环在拉力F1、F2的共同作用下，位于O点，橡皮条伸长的长度为EO； ③撤去F1、F2，改用一个弹簧测力计在拉力F的作用下单独拉动小圆环，仍使其位于O点，如图丙。 同学们发现，力F单独作用，与F1、F2共同作用的效果是一样的，都使小圆环保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同，即______________，所以F等于F1、F2的合力。 (2)然后实验小组探究了合力F与分力F1、F2的关系：①由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F (三个力的方向沿各自拉线的方向，三个力大小由弹簧测力计读出)； ②用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，如图丁，得到的启示是________________； ③多次改变拉力F1、F2的大小和方向，重做上述实验，通过画各力的图示，进一步检验所围成的图形。实验小组发现：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作________________。 解析：　(1)橡皮条对小圆环的拉力相同，即相同的作用效果。 (2)②图丁，得到的启示是三个力可能构成平行四边形。 ③表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作平行四边形定则。 答案：　(1)橡皮条对小圆环的拉力相同 (2)②三个力可能构成平行四边形 ③平行四边形定则 探究点二　数据收集与分析 1．分力数据的收集：两个弹簧测力计互成角度，拉力F1的大小和方向、F2的大小和方向。 2．合力数据的收集：一个弹簧测力计，拉力F的大小和方向。 3．实验结论：以