第3章 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【名师导航】同步Word教参(人教版)

实验：探究两个互成角度的力的合成规律 实验目标：1.验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则。　2.练习用作图法求两个力的合力。 一、实验原理和方法 1．合力F′的确定：一个力F′的作用效果与两个共点力F1与F2共同作用的效果都是把橡皮条拉伸到某点，则F′为F1和F2的合力。 2．合力理论值F的确定：根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示。 3．平行四边形定则的验证：在实验误差允许的范围内，比较F′和F是否大小相等，方向相同。 二、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔。 三、实验步骤 1．仪器的安装：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。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)两力拉：用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图所示)。用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数。 (2)一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。 (3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验。 四、数据处理 1．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力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实验步骤(2)中弹簧测力计的拉力F′的图示。 3．比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则。 五、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，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录。 (2)作图误差： ①结点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，为保证结点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。 六、注意事项 1．正确使用弹簧测力计 (1)测量前应首先检查弹簧测力计的零点是否准确，注意使用中不要超过其弹性限度。 (2)实验时，弹簧测力计必须保持与木板平行，且拉力应沿轴线方向。弹簧测力计的指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生摩擦。 (3)读数时应正对、平视刻度，估读到最小刻度的下一位。 2．规范实验操作 (1)位置不变：在同一次实验中，将橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。 (2)角度合适：两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°为宜。 (3)在不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，测量数据应尽量大一些。 (4)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。不要直接沿细绳套方向画直线，应在细绳套两端画个投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向。 3．规范合理作图：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。 对实验原理及实验操作的考查 【例1】　某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。 甲　　　　　　　　乙 (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．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条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，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，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，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，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