(教案)第3章 实验：探究两个互成角度的力的合成规律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册(人教版2019)

实验：探究两个互成角度的力的合成规律 【知识储备】 1．合力与分力的关系 合力与分力之间是一种等效替代的关系，合力的作用效果与分力的作用效果相同。 2．合成法则：两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作平行四边形定则。 3．合力的大小：两个力合成时，两个分力间的夹角越大，合力就越小，合力的大小范围是|F1－F2|≤F≤F1＋F2。 【实验目的】 1．练习用作图法求两个力的合力。 2．探究两个互成角度的力的合成规律。 【实验思路】 如果两个互成角度的力F1、F2作用于挂在橡皮条一端的轻质小圆环上，与只用一个力F作用于小圆环上都能使小圆环伸长到同一点，也就是作用效果相同，那么F为F1和F2的合力，用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，看所围成的形状是否为平行四边形。 【实验器材】 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、轻质小圆环、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔等。 【进行实验】 1．用图钉把白纸钉在方木板上。 2．把方木板平放在桌面上，用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上小圆环。 3．用两个弹簧测力计分别通过细绳拉住小圆环，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，小圆环到达某一位置O。(如图甲所示，位置O须处于纸面以内) 4．用铅笔记下O点的位置和两细绳的方向，并记录两个弹簧测力计的示数F1和F2。(简称“三记”) 5．只用一个弹簧测力计通过细绳把小圆环拉到同一位置O，记下细绳的方向，并记录弹簧测力计的示数F′，如图乙所示。 6．从力的作用点(位置O)沿着拉力F1，F2的方向画直线，按选定的标度作出这两个拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边作平行四边形，画出F1和F2所夹的对角线，用F表示应用平行四边形定则作出的合力。再按同样的标度作出用一个弹簧测力计拉小圆环时的力F′的图示，如图丙所示。 7．比较真实的合力F′的图示与应用平行四边形定则作出的合力F的图示，看在误差允许的范围内两者是否等长、同向。 8．改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次。 【注意事项】 1．在同一次实验中，使橡皮条拉长时小圆环到达的位置一定要相同，保证两次产生的效果一样。 2．用两个弹簧测力计钩住小圆环互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大，也不宜太小。 3．读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的拉杆之间有摩擦。读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超出弹簧测力计量程及在橡皮条不超出弹性限度的前提下，拉力的数值应尽量大些。 4．不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化。 5．在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些。 【数据分析】 1．画力的图示时，应选定恰当的单位长度作为标度；作力的合成图时，应尽量将图画得大一些，但也不要因画得太大而画出纸外，要严格按画力的图示的要求和几何作图法作出合力。 2．由作图法得到的F和实际测量得到的F′只要在误差允许的范围内相同即可。 【误差分析】 1．用描点法记录的拉力方向不够准确。 2．所作平行四边形的对边不平行。 3．没有校准弹簧测力计的零点，两个弹簧测力计的刻度不准确。 4．弹簧的拉杆与外壳有摩擦，使弹簧测力计读数并不能真实地表示细绳中拉力的大小。 【实验结论】 F′和对角线F在误差允许的范围内重合，说明两个力合成时，用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则平行四边形的对角线所代表的力与合力的大小和方向是相同的。 　　 　　实验思路与操作 在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，有下列实验步骤： a. 在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上的A点。 b. 只用一个弹簧测力计，通过弹簧测力计把小圆环拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的示数F′和细绳的方向，按同样比例作出力F′的图示。 c. 改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验。 d. 记下两个弹簧测力计的示数F1、F2及小圆环的位置，描下两条细绳的方向，在纸上按比例作出力F1和F2的图示，用平行四边形定则求出合力F。 e. 比较力F′与F ，可以看出，它们在实验误差允许的范围内是相等的。 f. 把小圆环系在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉小圆环，橡皮条伸长，使小圆环到达某一位置O。 完成下列填空： (1)上述步骤正确的顺序是______________(填写步骤前面的字母)。 (2)(多选)下列措施能减小实验误差的有______。 A. 两条细绳必须等长 B. 弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行 C. 拉橡皮条的细绳要稍长一些，标记同一条