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，教科版）

实验　探究两个互成角度的力的合成规律 一、作图分析 1.分力、合力的图示关系:尝试分别作出各组测量的F1、F2和F的图示,用虚线把F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,可以看到围成的四边形非常接近一个平行四边形,可以推知以F1、F2为邻边作出的平行四边形的对角线应表示合力F。 2. 理论值:在白纸上从O点开始分别作出拉力F1和F2的力的图示,并以其为邻边作平行四边形,且作出所夹对角线,该对角线表示合力F′,如图所示,F′即为F1与F2的合力的理论值。 3.测量值:用与F1、F2相同的标度从O点起作用一个弹簧测力计拉小圆环时拉力F的图示,如图所示,则F即为F1、F2合力的测量值。 4.结论: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,如果相同,就证明力的合成遵循平行四边形定则。 二、误差分析 1.弹簧测力计使用前没调零会造成误差。 2.实验时弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间有摩擦力存在会造成误差。 3.两次测量拉力时,小圆环没有拉到同一点会造成偶然误差。 4.两个分力的夹角太小或太大以及F1、F2数值太小,应用平行四边形定则作图时,都会造成偶然误差。 三、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,注意使用中不要超过其量程。 (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)读数时应正视、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,小圆环所处的位置O点一定要相同。 (2)角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳互成角度地拉橡皮筋时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60°～120°之间为宜。 (3)减小误差。 ①用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向。 ②应尽量使橡皮筋、弹簧测力计和细绳位于与纸面平行的同一平面内。 ③在不超出弹簧测力计量程及在橡皮筋弹性限度内的前提下,测量数据应尽量大一些。 ④细绳适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳方向画直线,应在细绳两端画投影点,去掉细绳后,连直线确定力的方向。 (4)记录精准。 ①用两个弹簧测力计拉橡皮筋时,记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和O点的位置。 ②用一个弹簧测力计拉橡皮筋时,记录弹簧测力计示数和细绳方向。 3.规范合理作图:在同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要选定恰当标度,使力的图示稍大一些。 类型一　实验原理与探究过程 [例1] “探究两个互成角度的力的合成规律”的实验装置如图甲所示。先用两个弹簧测力计将橡皮条下端拉至O点,再用一个弹簧测力计将橡皮条下端拉至O点。每次操作均记录相关数据,并据此在白纸上作图,如图丙所示。 (1)图乙是测量时某弹簧测力计的示数图,读数为　　　　 N。  (2)图丙中F、F′两个力,其中　　　　是根据平行四边形定则作出,　　　　是由弹簧测力计直接读出。  (3)本实验采用的方法是　　　　　　　　(选填“理想实验法”或“等效替代法”)。  解析:(1)题图乙中弹簧测力计的示数为3.80 N。 (2)题图丙中F是根据平行四边形定则作出的,即F是F1、F2合力的理论值,而用一个弹簧测力计拉橡皮条时的力为实验的真实值,而理论值与真实值存在一定的误差,因此F′是由弹簧测力计直接读出。 (3)该实验中两次要求橡皮条弹性形变效果相同,所以实验采用的方法是等效替代法。 答案:(1)3.80　(2)F　F′　(3)等效替代法 类型二　数据处理与误差分析 [例2] 三位同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验。 (1)图1是同学甲利用坐标纸记下的橡皮筋的结点位置O点以及两个弹簧测力计拉力的大小和方向,请按平行四边形定则作出F1和F2合力的图示,并用F表示合力。 (2)图2是乙和丙两位同学在做以上实验时得到的结果,图中力F′是用一个弹簧测力计时的力的图示,其中　　　　(选填“乙”或“丙”)的实验比较符合实验事实。  (3)在以上实验结果比较符合实验事实的那位同学的实验中,造成误差的原因可能是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出一条即可)。  (4)有关此实验,下列叙述正确的是　　　。(多选)  A.两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 B.橡皮筋的拉力是合力,两弹簧测力计的拉力是分力 C.两次拉橡皮筋时,需将橡皮筋结点拉到同一位置O点,这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的作用效果相同 D.若只增大某一个弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只需调整另一个弹簧测力计拉力的大小即可 解析:(1)用平行四边形定则作图,即以F1、F2为两邻边作平行四边形,共所夹对角线就表示合力F,如图所示。 (2)作图法得到的F必为平行四边形的对角