高中物理-力的合成规律240.pdf

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1、第 2 课时 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.会通过实验探究互成角度的两个力合成所遵从的规律。2.练习使用作图法求两个力的合力。1.核心素养 能从等效替代的角度提出用一个力等效替代两个力的实验思路，设计实验探究的方案，探究分力与合力的关系。2.关键能力 实验探究能力。一、实验目的 1.练习用作图法求两个力的合力。2.练习使用弹簧测力计。3.探究互成角度的两个力合成所遵从的规律平行四边形定则。二、实验原理 1.若用一个力 F或两个力 F1和 F2共同作用都能把橡皮条沿某一方向拉伸至相同长度，即力 F的作用效果与 F1、F2共同作用的效果相同，那么 F为

2、 F1、F2的合力。2.用弹簧测力计分别测出 F和 F1、F2的大小，并记下它们的方向，作出 F和 F1、F2的图示，以 F1、F2的图示为邻边作平行四边形，其对角线即为用平行四边形定则求得的 F1、F2的合力 F。3.比较 F与 F，若它们的长度和方向在误差允许的范围内相等，则可以证明互成角度的两个力合成遵从平行四边形定则。三、实验器材 方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳、轻质小圆环、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔。四、实验步骤 1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2.如图甲所示，橡皮条的一端连接轻质小圆环，另一端固定，橡皮条的长度为 GE。在图乙中，用手通过两

3、个弹簧测力计共同拉动小圆环。3.小圆环受到拉力 F1、F2的共同作用，处于 O 点，橡皮条伸长的长度为 EO。4.撤去 F1、F2，改用一个力 F单独拉住小圆环，仍使它处于 O 点，如图丙所示。5.改变两个力 F1和 F2的大小和夹角再重复实验两次。五、数据处理 1.用铅笔和刻度尺从结点O 沿两条细绳套的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数 F1和 F2的图示，并以 F1和 F2为邻边作平行四边形，过 O点画平行四边形的对角线，此对角线即反映合力 F 的大小和方向。2.用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的 F的方向作出这只弹簧测力计的拉力 F的图示。3.比较 F和根据平行四边形

4、定则求出的合力 F 在大小和方向上是否相同。六、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.减小误差的方法(1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要根据弹簧测力计的精确度正确读数和记录。(2)作图时用刻度尺借助于三角板，表示两力的对边一定要平行。因两个分力 F1、F2间的夹角 越大，用平行四边形定则作出的合力 F 与 F的误差 F 就越大，所以，实验中不要把 取得太大，但也不宜太小，以 60120之间为宜。探究 1 实验原理和实验操作【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

5、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)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(2)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方木板上的 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

6、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：有重要遗漏的步骤的序号是_和_；遗漏的内容分别是_和_。【训练 1】如图所示，在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，有下列实验步骤：a.在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上的 A点。b.只用一个弹簧测力计，通过弹簧测力计把小圆环拉到同样的位置 O，记下弹簧测力计的示数 F和细绳的方向，按同样比例作出力 F的图示。c.改变两个分力的大小和夹角，再做两次

7、实验。d.记下两个弹簧测力计的示数 F1、F2及小圆环的位置，描下两条细绳的方向，在纸上按比例作出力 F1和 F2的图示，用平行四边形定则求出合力 F。e.比较力 F与 F，可以看出，它们在实验误差允许的范围内是相等的。f.把小圆环系在橡皮条的另一端，用手通过两个弹簧测力计互成角度地拉小圆环，橡皮条伸长，使小圆环到达某一位置 O。完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是_(填写步骤前面的字母)。(2)下列哪些措施能减小实验误差_。A.两条细绳必须等长 B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行 C.拉橡皮条的细绳要稍长一些，标记同一条细绳的方向时两标记点要适当远一些 D.实验前先把实验

8、所用的两个弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在桌面上，向相反方向拉动，检查读数是否相同，若不同，则进行调节使之相同 探究 2 实验数据处理【例 2】某同学用如图甲所示的装置做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。将一木板(图中未画出)竖直放置，与铁架台和轻弹簧所在平面平行。其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：(1)如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置 O；(2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置 O，记录细绳套 AO、BO 的_及两弹簧测力计相应的读数。图乙中 B弹簧测力计的读数为_ N；(3)该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力 FA、FB

9、的大小和方向如图丙所示，请在图丙中作出 FA、FB的合力 F；(4)已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力 F 如图丙所示，观察比较 F 和 F，得出结论：_ _。【训练 2】将橡皮筋的一端固定在 A 点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为 05 N、分度值为0.1 N 的弹簧测力计。沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到 O 点时，两根细绳相互垂直，如图甲所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。(1)由图可读出两个相互垂直的拉力的大小分别为_ N 和_ N。(只需读到 0.1 N)(2)在图乙的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。探究 3 实验创新【例 3】

10、一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。(1)如图(a)，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶_时电子秤的示数 F。(2)如图(b)，将三根细线 L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉 A 和水壶杯带上。水平拉开细线 L1，在白纸上记下结点 O 的位置、_和电子秤的示数 F1。(3)如图(c)，将另一颗墙钉 B 钉在与 O 同一水平位置上，并将 L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中 L2的方向拉开细线 L2，使_和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数 F2。(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力 F、F1、F2

11、的图示，根据平行四边形定则作出 F1、F2的合力 F的图示，若_，则力的平行四边形定则得到验证。1.在做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，以下说法中正确的是()A.用两个弹簧测力计拉小圆环时，两细绳之间的夹角必须为 90，以便求出合力的大小 B.用两个弹簧测力计拉小圆环时，小圆环的位置必须与用一个弹簧测力计拉小圆环时的位置重合 C.若用两个弹簧测力计拉小圆环时合力的图示F 与用一个弹簧测力计拉小圆环时拉力的图示 F不完全重合，说明力的平行四边形定则不一定是普遍成立的 D.同一实验过程中，小圆环所处的位置 O 点允许变动 2.探究“力的平行四边形定则”的实验装置如图所示，其中 A 为固

12、定橡皮条的图钉，O 为橡皮条与细线的结点，OB 和 OC 为细绳。(1)为完成该实验，下述操作中必需的是_。A.测量 OB 和 OC 夹角的大小 B.测量橡皮条的原长 C.测量拉伸后橡皮条的长度 D.记录拉伸后结点的位置(2)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_。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的拉力(3)在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么实验结果是否会发

13、生变化？答：_。(选填“会”或“不会”)3.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A 和 B，将绳子打一个结点 O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力 F1、F2和 F3，回答下列问题：图 a(1)改变钩码个数，实验能完成的是_(填正确答案标号)。A.钩码的个数 N1N22，N34 B.钩码的个数 N1N33，N24 C.钩码的个数 N1N2N34 D.钩码的个数 N13，N24，N35(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是_(填选项前字母)。A.标记结点 O 的位置，并记录 OA、OB、OC 三段绳子的方向 B.量出 OA、OB、OC 三段绳子的长度 C.用量角器量出三段绳子之间的夹角 D.用天平测出钩码的质量(3)在作图时，你认为图示中_(选填“甲”或“乙”)是正确的。图 b