1、实验-探究两个互成角度力的合成规律基础过关一、实验目的一、实验目的1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。2.培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。二、实验原理二、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等。三、实验器材三、实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、铅笔。四、实验步骤四、实验步骤1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡
2、皮条,使橡皮条与细绳的结点伸长到某一位置O,如图所示,记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。4.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条与细绳套的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再做两次实验。五、数据处理五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力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点画平行四边形的对角线,此对角线即合力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4中弹簧测力计的拉力F的图示。3.比
3、较F与F是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。六、注意事项六、注意事项1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:将两只弹簧测力计调零后互钩对拉,读数相同。2.在同一次实验中,使橡皮条拉长时,结点的位置O一定要相同。3.用两只弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,在60100为宜。4.实验时弹簧测力计应与木板平行,读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度,在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些。5.细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直线,应在细绳套末端用铅笔画一个点,移开细绳套后,再将所标点与O点连接,即可确定
4、力的方向。6.在同一次实验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所作力的图示稍长一些。七、误差分析七、误差分析1.弹簧测力计本身的误差。2.读数误差和作图误差。考点一实验原理和实验操作考点一实验原理和实验操作例例1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。考点突破(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.
5、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木板上,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.用两只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,读出两只弹簧测力计的示数;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:有重要遗漏的步骤的序
6、号是 和 ;遗漏的内容分别是 和 。答案答案(1)F(2)B(3)CE记下两条细绳的方向把橡皮条的结点拉到同一位置O 变式变式1 (2019安徽六安一中综合训练)在“验证力的平行四边形定则”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳套,如图甲所示,实验中先用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条,把橡皮条的一端拉到O点,用铅笔描下O点位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数,然后只用一个弹簧测力计,通过细绳套再次把橡皮条的一端拉到O点,记下弹簧测力计的读数F和细绳套的方向,作出三个力的图示,如图乙所示。(1)下列说法正确的是()A.实验中两个细绳套应适当长一
7、些,可以减小实验误差B.在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向C.在同一次实验中,作力F1、F2的图示时,必须选取同样的标度,而作力F的图示时,可以选取不同的标度D.最后,连接F1、F2和F三个力的末端,验证所得图形是不是平行四边形(2)甲同学在做这个实验的时候,两个弹簧测力计的量程都是010 N,他把弹簧测力计校零之后,先测量一个质量为1 kg的物体的重力,发现弹簧测力计的示数为8.2 N,换用另外一个弹簧测力计测量这个物体的重力,发现示数还是8.2 N,测量重力的操作都是正确的,如果用这两个弹簧测力计进行实验,对实验结果有影响吗?(填“有”或“没有”)。乙同学实验后才发现忘记对
8、这两个弹簧测力计校零,他把两个弹簧测力计平放在实验台上,发现两个弹簧测力计的示数都是0.3 N,乙同学使用的弹簧测力计对实验结果有影响吗?(填“有”或“没有”)。答案答案(1)AB(2)没有有解析解析(1)拉橡皮条的细绳套适当长一些,方便画出力的方向,可以减小误差,故A项正确;在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向,否则会影响拉力大小,故B项正确;在同一次实验中,作力F1、F2的图示时,必须选取同样的标度,而作力F的图示时,也必须选取同样的标度,故C项错误;应该是以F1、F2为邻边作出平行四边形,过O点作出平行四边形的对角线,该对角线表示合力,比较合力和F的关系,故D项错误。(2)
9、用两个校零后的弹簧测力计测量同一个物体发现示数相等,用这两个弹簧测力计进行实验,拉力和示数之比相等,对实验结果没有影响;若两个弹簧测力计测量前都没有校零,且没有拉力时弹簧测力计的示数都是0.3 N,则用此弹簧测力计测量时,弹力的大小应等于示数减去0.3 N,根据示数作平行四边形时,误差较大,对实验结果有影响。考点二实验数据处理和误差分析考点二实验数据处理和误差分析例例2 (2017课标,22,6分)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上,如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另
10、一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示,F的大小为 N。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。()用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合;图(a)图(b)()F合的大小为 N,F合与拉力F的夹角的正切值为
11、。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则。答案答案(1)4.0(2)()F1、F2和F合如图所示()4.00.05解析解析(1)测力计的分度值为0.2 N,F的大小为4.0 N。(2)()图见答案。分别以F1、F2为邻边作平行四边形,并作出对角线,即得F合。()表示F合的线段的长度为20.0 mm,F合=1 N=4.0 N。F合与拉力F的夹角的正切值为tan=0.05。20.0521-2020变式变式2 (2019辽宁沈阳东北育才质检)在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧测力计。(1)为完成实验,某
12、同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,得到的实验数据如表:弹力F(N)0.51.01.52.02.53.0伸长量x(10-2 m)0.741.802.803.724.605.58根据表中数据在图甲中作出F-x图像并求得该弹簧的劲度系数k=N/m;(保留两位有效数字)甲 乙(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图乙所示,其读数为 N;同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N,请在图丙中画出这两个共点力的合力F合;(3)由图得到F合=N。(保留两位有效数字)丙答案答案(1)如图所示55(2内均可)(2)2.10如图所示(3)3.4(0.2内均可)(4)甲(5)FC读数比真实值偏小;确
13、定力的方向不准确、作图不精确考点三实验拓展和实验创新考点三实验拓展和实验创新创新角度实验装置/原理图创新解读实验原理创新图1图2图1:1.将橡皮筋和弹簧测力计的实验角色互换2.挂钩上涂抹少许润滑油,保证了橡皮筋两侧弹力大小相同,与两侧橡皮筋长度大小无关图2:1.通过应用定滑轮,改变拉力的方向2.钩码的总重力即对应细绳的拉力大小实验器材创新1.电子秤代替弹簧测力计,可以直接读出力的大小2.同一电子秤应用于(a)、(b)、(c)三个图中,可测得三根细线中拉力的大小实验过程创新1.探究拉伸过程对橡皮筋弹性的影响2.橡皮筋上端固定,下端挂一重物,用水平力两次拉动重物,对应不同的轨迹例例3 (2019云
14、南昆明教学质量检测)某学生实验小组设计了一个“验证力的平行四边形定则”的实验,装置如图甲所示,在竖直放置的木板上部附近两侧,固定两个力传感器,同一高度放置两个可以移动的定滑轮,两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接,在两细绳连接的结点O下方悬挂钩码,力传感器1、2的示数分别为F1、F2,调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳间的夹角。实验中使用若干相同的钩码,每个钩码质量均为100 g,取g=9.8 m/s2。甲 乙(1)关于实验,下列说法正确的是 。A.实验开始前,需要调节木板使其位于竖直平面内B.每次实验都必须保证结点O位于同一位置C.实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向D.
15、实验时还需要用一个力传感器单独测量悬挂于O点钩码的总重力(2)根据某次实验得到的数据,该同学已经按照力的图示的要求画出了F1、F2,请你作图得到F1、F2的合力F(只作图,不求大小),并写出该合力不完全竖直的一种可能原因 。答案答案(1)AC(2)如解析图所示定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等(回答出一项合理答案即可)解析解析(1)实验开始前,需要调节木板使其位于竖直平面内,以保证钩码重力等于细绳中的拉力,选项A正确;该装置每次实验不需要保证结点O位于同一位置,选项B错误;实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向,选项C正确;悬挂于O点钩码的总重力可以根据钩码的质量得出,不需要力传感
16、器测量,选项D错误。(2)利用平行四边形定则作出F1和F2的合力F。该合力方向不完全在竖直方向的可能原因是定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等。变式变式3 如图所示,某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解。A、B为两个相同的双向力传感器,该型号传感器在受到拉力时读数为正,受到压力时读数为负。A连接质量不计的细绳,可沿固定的圆弧形板移动。B固定不动,通过光滑铰链连接长0.3 m的杆。将细绳连接在杆右端O点构成支架。保持杆在水平方向,按如下步骤操作:用另一根质量不计的细绳在O点悬挂一个钩码,记录两个传感器的读数;取下钩码,移动传感器A改变角。重复上述实验步骤,得到表格。3060150F1(N
17、)1.0010.5801.002F2(N)-0.868-0.2910.865测量绳子与水平杆的夹角为;对两个传感器进行调零;(1)根据表格,A传感器对应的是表中力 (选填“F1”或“F2”),钩码质量为 kg(保留一位有效数字)。(2)本实验中多次对传感器进行调零,对此操作说明正确的是 。A.因为事先忘记调零B.何时调零对实验结果没有影响C.为了消除横杆自身重力对结果的影响D.可以完全消除实验的误差解析解析(1)由表格数据可知,F1都是正值,传感器受到的都是拉力,因绳子只能提供拉力,故A传感器对应的是表中力F1。对结点O受力分析有F1sin 30=mg,解得m=0.05 kg。(2)本实验中多次对传感器进行调零,是为了消除横杆自身重力对结果的影响,C对。答案答案(1)F10.05(2)C
