第三章 实验 探究两个互成角度的力的合成规律-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习全书word（新教材，人教版）

实验:探究两个互成角度的力的合成规律 [定位·学习目标] 1.通过对该实验的学习,理解从等效替代的角度提出实验思路、验证合成规律,培养科学思维。 2.通过实验探究,练习作图法求共点力的合力,培养探究能力和实验能力。 一、实验原理 将橡皮条分别用互成角度的两个弹簧测力计拉到某一点和用一个弹簧测力计也拉到同一点,前、后两种情况下效果相同,可由后者的拉力表示前者两个拉力的合力,由此可探究求两个力的合力的规律。 1.合力实验值F的确定:两个弹簧测力计的两个力F1、F2的合力的实验值为一个弹簧测力计的拉力F。 2.合力理论值F′的确定:作出F1和F2的图示,根据平行四边形定则利用作图法求得合力F′。 3.平行四边形定则的验证:在实验误差允许的范围内,比较F和F′是否大小相等、方向相同。 二、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。 三、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G点,橡皮条的另一端连接轻质小圆环,橡皮条的原长为GE,如图甲所示。 3.用两个弹簧测力计分别通过连接小圆环的细绳,互成角度地拉动小圆环至某点O,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(细绳方向),如图乙所示。 4.改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环到同一位置O,记录弹簧测力计的示数F及方向,如图丙所示。 5.改变两个力F1和F2的大小和夹角,再重复3、4两个实验步骤两次。 四、数据处理 1.探究方法 (1)在实验得到的白纸上用刻度尺按单位长度的力分别作出F1、F2和F的力的图示,并由F的末端分别用直线连接F1、F2的末端,观察得到的四边形具有怎样的特点。 (2)通过对几组数据所作四边形的观察,可以得到作出的四边形几乎为平行四边形。 (3)其结论为以两个分力为邻边作出的平行四边形的对角线表示两个力的合力。 2.实验验证 (1)理论值:在实验得到的白纸上按要求从O点分别作F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板作平行四边形及对角线并求出合力F′。 (2)实验值:按同样的比例从O点作出F的图示。 (3)比较:比较F与F′在实验误差允许的范围内是否相同。 五、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,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重合会造成偶然误差。 3.两个力F1和F2的夹角太小或太大,F、F1和F2读数太小,作平行四边形时,都会造成偶然误差。 六、注意事项 1.正确使用弹簧测力计 (1)测量前应首先检查弹簧测力计的零点是否准确,使用中不要超过其弹性限度。 (2)实验时,弹簧测力计必须保持与木板平行,且拉力应沿轴线方向。弹簧测力计的指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生摩擦。 (3)读数时应正对、平视刻度,估读到最小刻度的下一位。 2.规范实验操作 (1)位置不变:在同一次实验中,将橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。 (2)角度合适:两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小,也不宜太大,以60°～100°为宜。 (3)在不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内的前提下,测量数据应尽量大一些。 (4)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳套方向画直线,应在细绳套两端画个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向。 3.规范合理作图:同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,且恰当选定标度,使力的图示大一些。 要点一　实验原理与操作 [例1] 某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,主要步骤是: A.在水平桌面上放一块方木板,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,互成角度的拉橡皮条,使橡皮条拉长,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,记下两条细绳的方向 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.用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,让结点仍到达O点位置,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。比较力F′和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。 (1)关于实验的观点,正确的有　　　　。(多选)  A.两条细绳的方向应该垂直 B.两条细绳适当长些有利于减小实验误差 C.在不超出弹簧测力计量程情况下,拉力适当大些有利于减小实验误差 D.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 (2)如图为该同学根据某次实验记录的数据,