(讲义)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-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册(人教版2019)

第2课时　实验：探究两个互成角度的力的合成规律 实验目标 1．验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则。 2．练习用作图法求两个力的合力。 类型一　实验原理与操作 【典例1】　某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示。 (1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。 (2)本实验采用的科学方法是________。 A．理想实验法　 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 (3)实验时，主要的步骤是： A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上。 B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套。 C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数。 D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F。 E．只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示。 F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。 上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是________和________； ②遗漏的内容分别是________和________。 [解析]　(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而用两个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力，根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′。 (2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故选项B正确。 (3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作过程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E。 ②在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。 [答案]　(1)F′　(2)B　(3)①C　E　②C中应加上“记下两条细绳的方向”　E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O” 类型二　数据处理和误差分析 【典例2】　在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮条、细绳套和一个弹簧测力计。 (1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，测量其劲度系数，得到的实验数据如表所示。 弹力F/N 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 伸长量x/(×10-2 m) 0.74 1.80 2.80 3.72 4.60 5.58 6.42 用作图法求得该弹簧的劲度系数k＝________ N/m(保留三位有效数字)。 (2)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图所示，其读数为________ N(保留三位有效数字)；同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N，请在图框中画出这两个共点力的合力F合。 　 (3)由图得到F合＝________ N。 [解析]　(1)根据表格数据描点，然后连成一条过原点的直线，如图所示，直线的斜率表示弹簧的劲度系数，k＝ N/m≈54.5 N/m。 (2)读出弹簧测力计的读数为2.10 N(保留三位有效数字)；以O为顶点，画出两细绳套的方向就是两拉力方向，再确定并画好力的标度，画出两拉力的图示，以两拉力为邻边作出平行四边形，画出平行四边形的对角线，即合力F合。 (3)用刻度尺量出合力的长度，根据确定的标度算出合力的大小，即F合＝3.30 N。 [答案]　(1)54.5(54.0～55.0均可)　(2)2.10(2.08～2.12均可)　见解析图　(3)3.30(3.10～3.50均可) 类型三　创新实验设计 【典例3】　(2022·山东聊城高一检测)如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板上的多个位置。 (1)请把下面的实验步骤补写完整： ①三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使得系统静止不动。 ②把一张画有等间距同心圆的厚纸，紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点O处，有足够多等间距同心圆作为画图助手，这样做的目的是方便作出力的图示。你认为本实验有必要测量钩码所受的重力大小吗？答：________(选填“有”或“没有”，不必说明理由)。 ③记录三段绳子悬挂的钩码个数以及三段绳子的方向。 ④根据记录的数据，作出三段绳子上的拉力FA、FB、FC的图示。 ⑤以表示FA、FB的线段为邻边，画出平行四边形，