专题11 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 -2024届高考物理一轮复习专题讲义

实验三 探究两个互成角度的力的合成规律 考点一　原型实验 一、实验目的 1.探究两个互成角度的力的合成规律。 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 1.分别用互成角度的两个力F1、F2共同作用，一个力F单独作用，使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即作用效果相同。 2.根据合力的定义，F为F1和F2的合力，用图示法画出拉力F、F1、F2，分析三者的关系。 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)、小圆环、三角板、刻度尺、图钉(几个)、铅笔。 四、实验步骤 1.仪器安装 (1)如实验原理图所示，用图钉把白纸固定在方木板上。 (2)用图钉把橡皮条的一端固定在G点，橡皮条的另一端拴上轻质小圆环，橡皮条的原长为GE。 (3)在小圆环上系上两个细绳套。 2.测量与记录 (1)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使小圆环到某一位置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)改用一只弹簧测力计单独拉住小圆环，仍把小圆环拉到O点，记下弹簧测力计的读数F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。 五、数据处理 1.用铅笔和刻度尺从点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。 2.按同样的标度沿记录的方向作出只用一个弹簧测力计的拉力F的图示。 3.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，此对角线代表的力记为F′。 4.分析多次实验得到的数据，比较F与F′在误差允许的范围内是否重合，从而总结出两个互成角度的力的合成规律：平行四边形定则。 六、误差分析 1.器材误差 两个弹簧测力计的示数不够准确产生误差。 2.读数误差 弹簧测力计示数在允许的情况下，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。 3.作图误差： (1)点O的位置和拉力的方向画得不准确，作图比例不恰当、不准确等造成作图误差。 (2)两个力F1、F2的夹角太大或太小，导致作图产生较大误差。 (2023高考·全国卷乙)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤： ①用图钉将白纸固定在水平木板上。 ②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力和的大小，并___________。（多选，填正确答案标号） A.用刻度尺量出橡皮条的长度 B.用刻度尺量出两细线的长度 C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置 D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向 ③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到_________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。 ④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作和的合成图，得出合力的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。 ⑤比较和F的________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 ①CD ②相同位置 ③大小和方向 ②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力和的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向。故选CD。 ③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置（使一个力单独作用的效果与①两个力共同作用的效果相同），由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。 ⑤比较和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 实验的一些注意事项: (1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，读数相同。 (2)用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～120°为宜。 (3)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，移开细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向。 【跟踪训练】 1.(2023·哈尔滨师大附中高三检测)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，实验装置及实验过程如图甲、乙、丙所示，E为橡皮筋原长时小圆环的位置，O为实验时小圆环被拉至的位置。 (1)图丁中弹簧测力计的示数为________ N； (2)在实验过程中，不必记录的有________； A.甲图中E的位置 B.乙图中O