3.4.2 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 -2022-2023学年高一物理精讲精练（2019人教版必修第一册）

3.4.2 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 考点精讲 考点1：对实验原理及实验操作的考查 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。 【例1】(2020－2021学年江苏省南京师大附中高一(上)期中)某同学进行“验证力的平行四边形定则”实验，试完成主要步骤： （1）如图甲，将木板水平放好，用两只弹簧测力计B、C分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，记下结点的位置O点、两弹簧测力计的读数F1=4.00N和F2=5.40N以及________。 （2）用一只弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条与细绳套的结点拉到_________，记下弹簧测力计的示数F(如图乙所示)=_______N，记下细绳套的方向。 （3）图丙中记录了F1、F2、F的方向，请选定合适的标度，以O为作用点，画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合，_________并量出F合=_________N； （4）比较F与F合的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。 （5）关于该实验的注意事项，下列说法中正确的是( ) A．对弹簧测力计调零时应将测力计竖直放置 B．F1、F2弹簧测力计的示数最好接近满量程 C．弹簧测力计的拉力方向必须与木板平行 D．每次实验中两个分力间的夹角必须大于90° 【解析】 (1)[1]实验需要记下结点的位置O点、两弹簧测力计的读数F1=4.00N和F2=5.40N以及两细绳套的方向。 (2)[2]为使拉力作用效果相同，用一只弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条与细绳套的结点拉到O点。 [3]弹簧测力计的示数 (3)[4]以5mm表示1N，做出两拉力的图示，然后由平行四边形定则做出两拉力的合力如图所示 [5]用刻度尺测出表示合力的线段长度为为21.5mm， 合力大小 (4)[6]A．应木板水平方向，用弹簧测力计在水平方向拉橡皮条，应在水平方向对弹簧测力计调零，A错误； B．F1、F2弹簧测力计的示数应适当大些，但不能接近满量程，如果接近满量程，合力可能大于弹簧测力计的量程，用一个弹簧测力计拉橡皮条时会超出其量程，损坏弹簧测力计，B错误； C．为减小实验误差，弹簧测力计的拉力方向必须与木板平行，C正确； D．每次实验中两个分力间的夹角应适当大些，但不一定必须大于90°，D错误。 故选C。 【答案】(1)两细绳套的方向(2)O点(3)3.90 (4)(5)4.30(6)C 考点2：对实验过程及数据处理的考查 一、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。 二、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。