第3章 第4节 第2课时 实验：探究两个互成角度的力的合成规律（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第一册（人教版2019，山东海南专用）

第2课时 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 (实验课—基于经典科学探究) 一、实验装置与器材 器材：白纸、弹簧测力计、橡皮条、细绳、轻质小圆环、三角板、刻度尺 二、实验原理 1．合力F的确定：两个力F1、F2共同作用，能把橡皮条末端小圆环拉到某点，一个力F也可以把橡皮条末端的小圆环拉到同一点，则F与F1和F2共同作用的效果相同，则F等于F1和F2的合力。 2．画出各力的图示：根据记录的F、F1、F2的大小和方向，选择适当的标度，在白纸上作出F1、F2和F的图示，就可以研究F与F1、F2的关系了。 一、实验步骤　 1．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方木板上的G点，橡皮条的另一端挂上小圆环，橡皮条的原长为GE，如图甲所示。 3．用两个弹簧测力计分别勾住小圆环，用手通过两个弹簧测力计互成角度共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。记录两弹簧测力计的读数F1、F2，用铅笔描下O点的位置及此时两弹簧测力计拉力F1、F2的方向，如图乙所示。 4．撤去F1、F2，改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使它处于O点，橡皮条伸长的长度仍为EO，记录此时弹簧测力计的读数F和F的方向，如图丙所示。 5．用铅笔和刻度尺在O点按选定的标度，画出F、F1和F2三个力的图示，如图丁所示。 6．比较F是否和以F1和F2为邻边所作的平行四边形的对角线重合。 7．改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次。 二、误差分析　 1．实验中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会引起系统误差。 2．两次测量拉力时，小圆环的位置不可能做到完全拉到同一点会造成偶然误差。 3．两力F1和F2的夹角太小或太大，F、F1和F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，会造成偶然误差。 三、注意事项　 1．弹簧测力计使用前要检查指针是否指在零刻度线上，否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差)。还需用钩码检查弹簧测力计是否存在示值误差，若存在，应加以校正。 2．被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动小圆环时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。 3．在同一次实验中，使小圆环的位置O一定要相同。 4．在具体实验时，两分力F1和F2间夹角不宜过大，也不宜过小，以60°～120°之间为宜。 5．读数时应正视、平视刻度。 6．使用弹簧测力计测力时，读数应适当大些，但不能超出它的测量范围。 [关键点反思] 1．在同一次实验中，选定的标度可以不一样吗？ 提示：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。 2．从实验作图看，怎样才能验证平行四边形定则？ 提示：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。 3．在实验中，每次都必须保证结点的位置保持不变，这体现了怎样的物理思想方法？若仅保持两次橡皮条的伸长长度相同而不使橡皮条的结点拉到同一位置，能否验证平行四边形定则？ 提示：每次实验必须保证结点位置保持不变，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替代的思想方法。不使橡皮条的结点拉到同一位置，不能验证平行四边形定则。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，如图(a)，橡皮条的一端固定，另一端挂一轻质小圆环， 橡皮条的长度为GE。在图(b)中，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，如图(c)，仍使它处于O点。 (1)在实验操作中，力F单独作用时与力F1、F2共同作用时都应使小圆环在O点保持静止，这样做的目的是__________________________________________。 (2)具体操作前，某同学提出了以下关于实验操作的建议，其中正确的是________。 A．图(b)中，F1与F2的方向必须相互垂直 B．图(b)中，只需记录F1和F2的大小，不需记录方向 C．用两弹簧测力计同时拉小圆环时，两弹簧测力计示数之差应尽可能大 D．使用弹簧测力计时，施力方向应沿测力计轴线，读数时视线应正对测力计刻度 [解析]　(1)力F单独作用时与力F1、F2共同作用时都应使小圆环在O点保持静止，目的是两次拉橡皮条的作用效果相同。 (2)图(b)中，F1与F2的方向夹角适当，没有必要相互垂直，A错误；图(b)中，需记录F1和F2的大小和两个力的方向，从而能由力的图示作出两个分力，B错误；为减小实验误差，用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数应适当大，但两弹簧测力计的示数之差不需要尽可能大，C错误；使用弹簧测力计时，施