第五节 实验：探究力的合成规律-2023年高考物理一轮系统复习学思用

第五节 实验：探究力的合成规律 【要点归纳】 1．实验原理：使某个力F′的作用效果以及F1与F2的共同作用效果都是使橡皮条伸长到同一点，所以F′为F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F、F′，分析在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同． 2．实验目的： (1)验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则； (2)通过验证力的平行四边形定则，培养用图象法处理实验数据并得出结论的能力． 3．实验器材 方木板一块，白纸，弹簧秤两个，橡皮条，细绳和细绳套各两个，三角板，刻度尺，图钉几个，铅笔． 4．实验步骤 (1)用图钉把白纸固定于方木板上，把橡皮筋的一端固定． (2)在橡皮筋的另一端系上细线，用两个弹簧测力计成某一角度地通过细绳套把橡皮筋拉到某一点O.用铅笔记下O点的位置、两弹簧测力计的读数F1、F2和两条细绳的方向．如图甲所示． (3)用一个弹簧测力计将同一条橡条筋拉到O点，记下弹簧测力计的读数F和细绳的方向．如图乙所示． (4)选定标度，作出力F1、F2和F的图示． (5)以F1、F2为邻边作平行四边形，并作出对角线(如图丙所示)． (5)实验结论：F的图示和对角线在误差范围内重合．则力F对橡皮筋作用的效果与F1和F2共同作用的效果相同，所以力F就是F1和F2的合力．若已知两个力F1和F2，可以根据F1和F2做平行四边形，对角线F′就为合力． 5．注意事项： (1)被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦． (2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同． (3)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标点与O点连一直线确定力的方向． (4)在同一次实验中，画力的图示所用的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大些． (5)在具体实验时，两分力间夹角不宜过大，也不宜过小，以60°～100°之间为宜． 6．实验误差分析 本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差，因此读数时眼睛一定要正视刻度，要按有效数字正确读数和记录．两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差ΔF也越大，所以实验中不要把θ取得太大，同时夹角也不能太小． 【夯实基础练】 1．(2022•上海师范大学附属中学高三(下)第二次月考)在“研究共点力的合成”的实验中对减小实验误差有益的是(　　) A．两细绳应尽量等长 B．用两根橡皮条代替两根细绳套 C．标记同一细绳方向的两点要远些 D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力相差应大些 【解析】 A．两细绳没有必要等长。故A错误； B．用两根橡皮条代替两根细绳套，不会对实验产生影响，二者效果是一样的。故B错误； C．标记同一细绳方向的两点远些，可以减小测量误差。故C正确； D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力相差应大些，势必会造成一个弹簧测力计的示数较小，不利于减小测量力大小的相对误差。故D错误。故选C。 【答案】 C 2．(2022•黑龙江省哈六中五模) “验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲，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力的示意图。 (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 【解析】 (1)[1]如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，F是两个分力合力的理论值，F′是两个分力合力的实验值，则方向一定沿AO方向的是F′。 (2)[2]本实验采用的科学方法是等效替代法，故选B。 【答案】 ①F′ ②B 3．(2022•上海市杨浦区高三(上)一模)在“研究共点力的合成”实验中，下列操作能有效减小实验误差的是(　　) A．读数时视线要正对弹簧测力计刻度 B．标记同一细绳方向的两点要近一些 C．橡皮筋与绳套相连的两根细绳必须等长 D．用两弹簧测力计同时拉橡皮筋时两弹簧测力计示数之差应尽可能大一些 【解析】 A．读数时视线要正对弹簧测力计刻度，使读数更准确，减少实验误差，A正确； B．标记同一细绳方向的两点要远一些，才能使方向标记的更准确，B错误； C．橡皮筋与绳套相连的两根细绳是记录拉力方向的，因此不必等长，C错误； D．用两弹簧测力计同时拉橡皮筋时两弹簧测力计示数之差过大，可能使其中一个弹簧测力计读数过小，增大相对误差，D错误。故选A。 【答案】 A 4．(2022•河北省唐山高三(下)一模)“验