第2章 实验3 研究两个互成角度的力的合成规律（word教师用书）-【状元桥】2023高考物理一轮总复习(新教材 新高考)

实验三　探究两个互成角度的力的合成规律

1．实验目的

(1)研究两个互成角度力的合成规律．

(2)学会用作图法处理实验数据并得出实验结论．

2．实验原理

互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相同．

3．实验器材

木板、白纸、图钉(若干)、橡皮条、细绳套(两个)、弹簧测力计(两个)、三角板、刻度尺、铅笔．

4．实验步骤

(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上，把橡皮条的一端固定在木板上A点，并在橡皮条的另一端挂上两个细绳套．

(2)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.如图甲所示．

(3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录两个弹簧测力计的示数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.

(4)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，记下弹簧测力计的示数F′和细绳的方向，如图乙所示．

(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同．

5．数据处理

(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

这两个弹簧测力计的拉力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点画出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中只用一个弹簧测力计拉时的拉力F′的图示．

(3)比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而研究两个互成角度的力的合成规律．

6．注意事项

(1)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用效果相同，这是利用了等效替代的思想．

(2)角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．

(3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，形变应尽量大一些．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．

(4)统一标度：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．

7．误差分析

(1)误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等．

(2)减小误差的办法：

①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录．

②作图时使用刻度尺，并借助三角板，一定要使表示两力的对边平行.

命题点一　教材基础实验(自主学习)

【例题1】(2021·湖南长郡中学月考)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为 5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．

(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有

______.

A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上

B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同

C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度

D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力

(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是______.

解析 (1)由力的平行四边形定则知，橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，两分力的大小也不一定小于合力，选项A、D错误；验证力的平行四边形定则时，每次实验需保证合力与分力作用效果相同，结点O必须在同一位置，但重复实验时，可以改变合力的大小，故结点O的位置可以与前一次不同，选项B正确；使用测力计测力时，施力方向应沿测力计轴线方向，读数时视线应正对测力计刻度，选项C正确．

(2)为了减小画图时表示力的方向的误差，记录各个力的方向时，需要确定相对较远的两个点，然后连线确定力的方向，选项A错误；B图与C图选用的