第4章 第1节 第2课时 实验：探究两个互成角度的力的合成规律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

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．探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系。

2．学习用等效思想探究矢量合成的方法。

二、实验器材

　木板、橡皮筋、细绳、弹簧测力计、图钉、白纸、铅笔、刻度尺、三角板。

三、实验原理与设计

1．让两个互成角度的共点力F1与F2作用于某一物体，并产生明显的作用效果。

2．用一个力F来代替F1和F2，产生同样的作用效果。

3．测出F1、F2和F，比较它们的大小和方向，找出规律。

四、实验步骤

1．如图(a)所示，在铺有白纸的木板上，将橡皮筋一端用图钉固定于A点，另一端与两细线打一个结点B。两细线分别挂上弹簧测力计。

2．如图(b)所示，分别用力拉两只弹簧测力计，用铅笔标出结点B被拉伸到的位置，记为O点。记下此时两只弹簧测力计的示数F1、F2，并沿两细线标记出力的方向。

3．如图(c)所示，用力拉一只弹簧测力计。同样将结点B拉到O处，记下此时弹簧测力计的示数F，并沿细线标记出力的方向。

4．用力的图示画出F1、F2及F。

探究共点力的合成

五、数据分析及结论

1．数据分析

(1)比较F1、F2、F的大小和方向，能否看出三者之间的关系？试一试，将F1、F2、F的箭头端用虚线连起来，找出满足的规律并进行论证。

(2)改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复上述实验两次。

2．实验结论

在实验误差允许的范围内，F是F1与F2的合力，F1、F2和F满足平行四边形定则。

六、误差分析

1．使用中，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，橡皮筋的结点不可能做到完全拉到同一点而造成偶然误差。

3．两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，作出力的图示求合力时，会造成偶然误差。

七、注意事项

1．结点

(1)定位结点时要准确；

(2)同一次实验中橡皮筋结点位置必须保持不变。

2．拉力

(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)应使橡皮筋、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内；

(3)两个分力F1、F2间的夹角不要太大或太小。

3．作图

(1)在同一次实验中，选定的比例要相同；

(2)严格按力的图示要求和作图法作出F1、F2及F之间满足的关系，求出合力。

类型一　实验原理与操作

某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，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图。

(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只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；

E．只用一只弹簧测力计，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)F′是一根弹簧作用时，把橡皮条的结点拉到同一位置O的力，故F′必沿OA方向。

(2)合力与分力是等效的，故选B。

(3)力既要记录大小，还要记录方向。

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”

针对练．在做“探究求合力的方法”实验时：

(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧测力计、细绳、刻度尺、图钉和铅笔)外，还必须有________和________。

(2)要使每次合力与分力产生相同的效果，必须(　　)

A．每次将橡皮条拉到同样的位置

B．每次把橡皮条拉直

C．每次准确读出弹簧测力计的示数

D．每次记准细绳的方向

(3)为了提高实验的准确性，减小误差，实验中应注意些什么？

________________________________________________________________________

(4)在“探究求合力的方法”实验中，某同学的实验结果如图所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置。图中________是力F1与F2的合力的理论值；________是力F1与F2的合力的实验值。通过把________和________进行比较，验证平行四边形