第二章 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律-(教参 练习）2023高考物理一轮复习【高考前沿】

实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 一、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．学会用作图法处理实验数据和得出实验结论． 二、实验原理 等效思想：使一个力F′的作用效果和两个力F1和F2的作用效果相同，都是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同，所以力F′为力F1和力F2的合力，作出力F′的图示，再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F、F′在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同． 三、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉、铅笔． 四、实验步骤 1．仪器安装 (1)按实验原理装置图，用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上． (2)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． 2．测量与记录 (1)用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O，记录两弹簧测力计的读数F1、F2，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向． (2)只用一个弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向． (3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验． 五、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点按同样的标度沿细绳的方向作出实验步骤中只用一个弹簧测力计的拉力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． 六、误差分析 1．读数误差 减小读数误差的方法：弹簧测力计的数据在条件允许的情况下，尽量大一些．读数时眼睛一定要平视，要按有效数字的读数规则正确地读数和记录． 2．作图误差 减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行，两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大． 七、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． 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．尽量减小误差 (1)在合力不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内，形变量应尽量大一些． (2)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． [例1]　在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，某同学进行实验的主要步骤如下： a．如图甲所示，将橡皮筋的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两绳套，每个绳套上均连着一个弹簧测力计． b．沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，读取此时弹簧测力计的示数，分别记录两个拉力F1、F2的大小．用笔在两绳的方向上分别标记a、b两点，并分别将其与O点连接，表示两拉力的方向． c．再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录其拉力F的大小并用上述方法记录其方向． (1)用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，这样做的目的是____________________． (2)实验中利用图中标记的O点和b点确定分力方向时，图甲中的b点标记得不妥，其原因是________． (3)图乙是在白纸上根据实验数据作出的力的图示，其中________(填“F”或“F′”)是F1和F2合力的实际测量值． [解析]　(1)用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，这样做的目的是使F1、F2的共同作用效果与F相同． (2)确定力的方向时，用画点的方法记录，两点确定一条直线，两个点之间的距离适当远一些能减小误差．所以这位同学在实验中确定分力方向时，b点标记得不妥，其原因是O、b间距太小． (3)数据处理时，用力的平行四边形定则画出来的合力是理论值，题图乙中F′是平行四边形的对角线，故F′是利用力的平行四边形定则求出的F1和F2的合力，实际测量值是F． [答案]　(1)使F1、F2的共同作用效果与F相同 (2)O、b间距太小　(3)F [例2]　某探究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长． (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大