第2章 实验3 探究两个互成角度的力的合成规律(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 1．实验目的 (1)研究两个互成角度的力的合成规律． (2)学会用作图法处理实验数据并得出实验结论． 2．实验原理 互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相同． 3．实验器材 木板、白纸、图钉(若干)、橡皮条、细绳套(两个)、弹簧测力计(两个)、三角板、刻度尺、铅笔． 4．实验步骤 (1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上，把橡皮条的一端固定在木板上A点，并在橡皮条的另一端挂上两个细绳套． (2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如图甲所示． (3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录两个弹簧测力计的示数． (4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的示数F′和细绳的方向，如图乙所示． 5．数据处理 (1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，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，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画出平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示． (2)用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中只用一个弹簧测力计拉时的拉力F′的图示． (3)比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而研究两个互成角度的力的合成规律． 6．注意事项 (1)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用效果相同，这是利用了等效替代的思想． (2)角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜． (3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，形变应尽量大一些．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向． (4)统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些． 7．误差分析 (1)误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等． (2)减小误差的办法： ①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录． ②作图时使用刻度尺，并借助三角板，一定要使表示两力的对边平行. 命题点一　教材基础实验(自主学习) 某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为 0～5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)． (1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有__BC__. A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同 C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度 D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力 (2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是__B__. 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与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__F__. (2)本实验采用的科学方法是__B__(填正确答案标号)． 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)下列说法正确的是__ABC__(填正确答案标号)． A．拉橡皮条的绳细一些且长一些 B．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应靠近木板且与木板面平行 C．同一次验证过程中O点位置应相同 D．拉力F1和F2的夹角应该较小 (4)由于实验室没有细绳，在进行实验时，图甲中的OB和OC可以用橡皮条代替吗？请说明理由：__可以，因为OB和OC的作用是确定两个拉力的方向__. 命题点二　创新拓展实验(师生共研) 1．对实验原理的理解、实验方法的迁移(如图所示) 2．实验器材的改进(如图所示) (1)橡皮筋替代,弹簧测力计 (2)钩码替代,弹簧测力计 某实验小组用如图所示的器材验证“力的平行四边形定则”．在水平的圆形桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动． 步骤如下： A．在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，调整滑轮 P2、P3，位置并使结点O静止； B．在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点为起点，用同一标度作出三个拉力的图示； C．以绕过滑轮P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形，作出以O点为起点的平行四边形的对角线，量出对角线的长度； D．检验对角线的长度和绕过滑轮P1绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一条直线上． (1)第一次实验中，若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则第三根绳所挂的钩码质量M 应满足关系__m＜M＜3m__. (2)第二次实验时，改变滑轮P2、P3的位置和相应绳上钩码的数量，使结点平衡，绳的结点__不必__(选填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合．实验中，若桌面倾斜，__不会__(选填“会”或“不会”)影响实验的结论． 某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材“验证力的平行四边形定则”，设计的实验装置如图所示．固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点，另一端系绳套1和绳套2. (1)实验步骤如下： ①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，记下弹簧测力计的示数F； ②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点达到O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，弹簧测力计的示数为F1； ③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F′1＝　F　. ④比较__F1与F1′的大小__，即可初步验证力的平行四边形定则． (2)将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向，同时绳套2沿120°方向不变，此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是__D__. A．逐渐增大 B．先增大后减小 C．逐渐减小 D．先减小后增大 小张同学为了验证力的平行四边形定则，设计如下实验，其装置图如图甲所示．实验步骤如下： (1)将3条完全相同的弹性橡皮条(满足胡克定律)的一端连接在一起形成一个结点O，先测量出每根橡皮条的自然长度x0； (2)在竖直平面内固定一木板，在木板上固定一张白纸，用图钉将其中两条橡皮条的A、B端固定在木板上，在另一条橡皮条C端悬挂一小重锤，并确保橡皮条不超出弹性限度，且与纸面无摩擦； (3)待装置平衡后，分别测量出橡皮条OA、OB和OC的长度x1、x2、x3，并在白纸上记录__O、A、B三点的位置以及OC的方向__； (4)取下白纸，如图乙所示，在白纸上分别用长度(x1－x0)、(x2－x0)代表橡皮条OA和OB拉力的大小，作出力的图示OA′和OB′，并以OA′和OB′为两邻边作一平行四边形OA′C′B′，测量出OC′长度x4，如果近似可得x4＝__x3－x0__，且OC′的方向__与OC的方向相反__，则实验验证了力的平行四边形定则； (5)改变A、B的位置，重复(2)到(4)的步骤进行多次验证． 学科网（北京）股份有限公司 $$