3.4 第1课时 实验：探究两个互成角度的力的合成规律（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修第一册（教科版）

4　力的合成 第1课时　实验：探究两个互成角度的力的合成规律 一、几个力可以用一个力来替代 1．合力与分力：如果力F的作用效果与力F1和F2共同作用的效果相同，我们就称F为F1和F2的合力，F1和F2为F的分力。 2．力的合成：求几个力的合力的过程。 3．共点力：作用于物体上同一点，或者作用在同一物体上且力的作用线相交于一点的几个力。 二、实验：探究两个互成角度的力的合成规律 1．实验目的：探究两个互成角度的力的合成遵循的规律。 2．实验器材 薄木板、白纸、图钉(若干)、弹簧测力计(两只)、橡皮筋、轻质小圆环、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、铅笔。 3．实验思路 (1)合力F的确定：一个力F可以把橡皮筋末端的小圆环拉到某点，两个力F1、F2共同作用，也能把橡皮筋末端的小圆环拉到同一点，F与F1和F2共同作用的效果相同，则F是F1和F2的合力。 (2)合力F与分力F1、F2的关系：作出力F1、F2及F的图示，提出猜想，进行验证。 4．实验步骤 (1)在水平放置的薄木板上用图钉固定一张白纸，橡皮筋的一端固定在木板上的K点处，橡皮筋的自然长度为KE。用一根细绳把橡皮筋的E端与轻质小圆环连接起来，如图(a)所示。 (2)从小圆环上再引出两根细绳，用两个弹簧测力计钩住这两根细绳，互成角度地用力F1和F2拉小圆环，使橡皮筋伸长。保持小圆环静止，将它此时所处的位置记为O点，如图(b)所示。用笔记下两个拉力F1和F2的方向，并记录它们的大小。 (3)撤去F1和F2，改为只用一个弹簧测力计钩住连接小圆环的细绳，用力F拉橡皮筋，使小圆环同样静止于O点处，如图(c)所示，用笔记下拉力F的方向，并记录它的大小。 (4)取下白纸，在纸上用同一个标度分别作出力F1、F2及F的图示，如图(d)所示。 　 (5)提出猜想：F可能是以F1、F2为邻边画出的对角线。 (6)猜想验证：以F1、F2为邻边画出平行四边形，并画出对角线F合。比较F与F合的大小和方向，看它们在实验误差允许范围内是否相同。 (7)改变F1、F2的大小和方向几次，使小圆环静止在其他位置，重复上述实验和作图，得出结论：如果以表示两个分力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向，这就是求合力的平行四边形定则。 5．注意事项 (1)小圆环位置O点 ①定位O点时要力求准确；O点为小圆环圆心在白纸上的投影点。(若实验器材中没有小圆环，则用绳子与橡皮筋的结点代替小圆环) ②同一次实验中橡皮筋拉长后的O点必须位于同一位置。 (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、弹簧测力计和小圆环位于与纸面平行的同一平面内； ③两个分力F1、F2间的夹角θ不宜太大或太小。F1、F2所拉的两根细绳适当长一些，记录细绳方向的两点要尽量远些。 (3)作图 ①在同一次实验中，选定的比例要相同； ②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力。 6．误差分析 (1)弹簧测力计使用前没调零会造成误差。 (2)实验时弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间有摩擦力存在会造成误差。 (3)两次测量拉力时，小圆环没有拉到同一点会造成偶然误差。 (4)两个分力的夹角太小或太大以及F1、F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，都会造成偶然误差。 题型一　实验原理与操作 [典例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，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。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，使橡皮条伸长，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； (3)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，__________________________________________； (4)按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3; (5)以F1和F2为邻边作平行四边形，其对角线为F； (6)比较________的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并做出相应的改进后再次进行实验。 [解析]　(3)用铅笔描出绳上的几个点，用刻度尺把这些点连成直线(画拉力的方向)，目的是画出同两分力产生相同效果的这个力的方向。 (6)F与F3做比较，即比较用平行四边形作出的合力和产生相同效果的实际的力是否相同，即可得出两个互成角度的力的合成规律遵循力的平行四边形定则。 [答案]　(3)沿此时细绳的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线　(6)F与F3 题型二