第三章 第四节 第2课时 实验： 探究两个互成角度的力的合成规律-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（粤教版）

第2课时　实验：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，就是使同一条一端固定的橡皮筋伸长到同一点，即伸长量相同，所以F为F1和F2的合力，作出力F、F1、F2的图示，观察这三个力所构成的几何图形，得出这三个力满足的几何关系． 三、实验器材 力的关系探究装置、弹簧测力计(两个)、橡皮筋、夹子、汇力圆环、带钩子的细绳套(两个)、三角板、刻度尺、铅笔． 四、实验步骤 1．仪器安装 (1)如实验原理图所示，将夹子夹在“力的关系探究装置”的“0”号射线顶端． (2)把橡皮筋的一端固定在夹子上，另一端拴上汇力圆环，把两个细绳套通过钩子挂在汇力圆环上． 2．测量与记录 (1)如图(a)所示，分别将弹簧测力计连接在两根细绳的末端，沿任意两条射线方向拉细绳，使汇力圆环与平板上的定位圆重合．用铅笔在平板上记下这两个拉力的大小和方向． (2)如图(b)所示，直接用一个弹簧测力计去拉细绳，同样使汇力圆环与平板上的定位圆重合，用铅笔在平板上记下这个拉力的大小和方向． (3)在平板上用力的图示法作出三个力，如图(c)所示，观察这三个力所构成的几何图形． (4)改变第(1)步中两个拉力的大小和方向，重复上述实验步骤． 五、数据处理 1．用铅笔和刻度尺从定位圆的圆心沿两细绳套方向画线，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．用刻度尺从定位圆的圆心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．连接F1、F的箭头端和F2、F的箭头端，观察这三个力所构成的几何图形，探究合力与分力的关系． 六、误差分析 1．弹簧测力计读数时会带来误差，在条件允许的情况下，弹簧测力计的示数适当大一些．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．针对作图带来的实验误差，重点关注两方面，一是两个分力F1、F2间的夹角要适当大一些，以60°～100°之间为宜，夹角太大或太小都会带来较大误差，此外细绳套应适当长一些，便于确定力的方向；二是选定的标度要合理，两个分力的图示分别等于3～6倍标度比较合理． 　实验原理与操作 　在“探究两个互成角度力的合成的规律”的实验中，需要将橡皮筋的一端固定在水平板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图)．实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度的拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点到达某一位置O. (1)某同学在做该实验时认为 A．拉橡皮筋的绳细一些，且长一些，实验效果较好 B．拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近平板且与平板平面平行 C．橡皮筋弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力要适当大些 D．实验中，弹簧秤必须保持与平板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度 E．实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一个弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮筋另一端拉到O点 F．实验中，把橡皮筋的另一端拉到O点时，两个弹簧秤之间夹角应取90°以便于算出合力大小其中正确的是________(多选，填入相应的字母)； (2)若两个弹簧秤的读数均为4 N，且两弹簧秤拉力的方向相互垂直，则__________(选填“能”或“不能”)用一个量程为5 N的弹簧秤测量出它们的合力，理由是___________ ________________________________________________________________________. 解析：(1)拉橡皮筋的绳细一些且长一些，实验效果更好，故A正确；作图时，我们做出的是水平力的图示，若拉力倾斜，则作出图的方向与实际力的方向有较大差别，同时为了减小因摩擦造成的误差，故应使各力尽量与平板面平行．以及读弹簧秤示数时，视线要正对刻度，故B、D正确；在实验中必须确保橡皮筋拉到同一位置，即一个力的作用效果与两个力作用效果相同，且拉力适当大一些，减小测量的误差，故C正确；实验中，弹簧的读数大小适当，便于做平行四边形即可，并非要求一定达到最大程度，故E错误；合力不是算出的，而是通过平行四边形作出的，故F错误．故选A、B、C、D. (2)两力均为4 N，且相互垂直，则其合力大小为 F＝4 N≈5.6 N>5 N 合力超过了弹簧秤的量程，故弹簧秤无法测出物体所受的合力，故不能使用． 答案：(1)ABCD　(2)不能　合力超过了弹簧秤的量程 　实验数据处理与分析 　某探究小组做“探究两个互成角度力的合成的规律”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