1、实验探究两个互成角度的力的合成方法一、实验目的1练习用作图法求两个力的合力。2探究两个互成角度的力的合成方法。二、实验原理先用两个力拉两根细绳的末端，再用一个力拉细绳从而找出三个力之间的关系。三、实验器材力的关系探究装置、弹簧测力计、刻度尺等。四、实验步骤与数据处理如图所示，将夹子夹在“力的关系探究装置”的“0”号射线顶端。(1)如图(a)所示，分别将弹簧测力计连接在两根细绳的末端，沿任意两条射线方向拉细绳，使汇力圆环与平板上的定位圆重合。用铅笔在平板上记下这两个拉力的大小和方向。(2)如图(b)所示，直接用一个弹簧测力计去拉细绳，同样使汇力圆环与平板上的定位圆重合，用铅笔在平板上记下这个拉力
2、的大小和方向。(3)在平板上用力的图示法作出三个力，如图(c)所示，观察这三个力所构成的几何图形。(4)改变第(1)步中两个拉力的大小和方向，重复上述实验步骤。根据实验结果，可以得出这三个力满足什么样的几何关系呢？五、误差分析1实验中，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平板之间有摩擦力存在会引起系统误差。2两次实验时，圆环的位置不可能做到完全拉到同一点会造成偶然误差。3两个力F1和F2的夹角太小或太大，F、F1和F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，会造成偶然误差。六、注意事项1弹簧测力计使用前要检查指针是否指在零刻度线上，若未指在零刻度线上，则应校正零位(无法校
3、正的要记录下零误差)。还需用钩码检查弹簧测力计是否存在示值误差，若存在，应加以校正。2被测力的方向应与弹簧测力计的轴线方向一致，拉动小圆环时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。3在同一次实验中，使圆环的位置O一定要相同。4在具体实验时，两分力F1和F2间的夹角不宜过大，也不宜过小，以60120之间为宜。5读数时应正视、平视刻度。6使用弹簧测力计测力时，读数应适当大些，但不能超出它的测量范围。题型一实验原理与操作例题1做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验时：(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)已有的器材为：方木板、白纸、两个弹簧测力计、细绳套
4、、刻度尺、三角板、图钉和铅笔，还必须有_。(3)某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。请将接下来的实验操作补充完整：先用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图甲所示。此时需记下：结点位置(记为O点)、两个弹簧测力计的读数及_。然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长，使结点到达_，记录弹簧测力计读数F及_。(4)该同学的实验结果如图乙所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳套结点的位置。图乙中_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F与F进行比
5、较，探究出两个互成角度的力的合成规律是平行四边形定则。解析(1)合力与分力是等效替代的关系，所以本实验采用的是等效替代法，故B正确。(2)实验器材中缺少橡皮条。(3)通过记录两个细绳套所在的方向，确定两个分力的方向。为保证力的作用效果相同，两次橡皮条的结点到达同一位置O，并记录细绳套所在方向与弹簧测力计读数。(4)F是根据等效替代原理，通过测量得到的实验值，F是根据平行四边形定则作图得到的理论值。答案(1)B(2)橡皮条(3)两个细绳套所在的方向O点细绳套所在的方向(4)FF题型二数据处理与分析例题2三位同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。(1)图1是同学甲利用坐标纸记下了橡皮筋的
6、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的合力图示，并用F表示合力。(2)图2是李明和张华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图示，其中_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一位同学的实验中，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_。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，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同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
7、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，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线，单个弹簧测力计的拉力F一定与橡皮筋共线，故张华的实验比较符合实验事实。(3)造成误差的原因可能是F2的大小比真实值偏小；F1与F2的方向记录有偏差，作图时两虚线分别与F1和F2不严格平行等。(4)两分力可以同时大于合力，故A正确；结点受三个力作用处于平衡状态，其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力橡皮筋拉力等大、反向，是一对平衡力，故橡皮筋的拉力不是合力，故B错误；只有保证结点在同一位置才能说明作用效果
8、相同，故C正确；在此实验中，若两个分力的大小变化而方向都不变，则合力必定变化，故D错误。答案(1)见解析图(2)张华(3)见解析(4)AC题型三实验拓展与创新例题3有同学利用如图所示的装置来做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。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，根据钩码的个数读出三根绳子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列问题：(1)(多选)改变钩码个数，实验能完成的是_。(绳子能承受的拉力足够大)A钩码的个数N1N22，N34B钩码的个数N1N33，N24C钩码的个数N1N2N34D钩码的个数N13，N24，N3
9、5(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是_。A标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向和钩码个数B测量出OA、OB、OC三段绳子的长度C用量角器测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，你认为下图中_(选填“甲”或“乙”)是正确的。解析(1)对O点受力分析如图所示，由于O点受三个力处于平衡，所以TOA、TOB的合力与TOC等大反向，再结合力与分力的关系可知|TOATOB|TOCTOATOB，又因为该实验中TOA与TOB无法朝同一方向，故|TOATOB|TOCTOATOB，故B、C、D能完成实验。(2)为探究求合力的方法，必须作受力图，所以先明确受力点，即
10、标记结点O的位置，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，应从力的三要素角度出发，要记录结点O的位置、钩码的个数和OA、OB、OC三段绳子的方向，故A正确，B、C、D错误。(3)F3一定在竖直方向OC上，故题图甲符合实际，题图乙不符合实际。答案(1)BCD(2)A(3)甲1在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，把橡皮条一端固定于P点，另一端(自由端)通过细绳套连接两个弹簧测力计a、b，并将该端拉至O点，如图所示。下列操作不正确的是()A读数时，视线要垂直于弹簧测力计的刻度板B平行于木板拉弹簧测力计，且示数不能超过最大测量值C改用一个弹簧测力计拉橡皮条时，自由
11、端仍要拉到O点D保持弹簧测力计b的位置不变，改变弹簧测力计a的位置，重复实验解析：选D为了减小读数误差，读数时，视线要垂直于弹簧测力计的刻度板，故A正确；拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，并且示数不能超过最大测量值，故B正确；为了保证效果相同，改用一个弹簧测力计拉橡皮条时，自由端仍要拉到O点，故C正确；保持弹簧测力计b的位置不变，改变弹簧测力计a的位置，则自由端将不能拉到原来的O点，故操作不正确，故D错误。2.在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使它伸长到某一位置O点。为了确定两个分力的大小和方向，这一
12、步操作中必须记录的是()A橡皮条固定端的位置B描下O点位置、两个细绳套的方向及两个弹簧测力计的读数C橡皮条伸长后的总长度D两个弹簧测力计的读数解析：选B该实验的目的是探究两个互成角度的力的合成规律。画出两个拉力F1、F2及合力F的图示，得出力的合成关系满足平行四边形定则。故A、C、D错误，B正确。3在“探索两个互成角度的力的合成方法”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧测力计拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置O；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条。(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A两根细
13、绳必须等长B橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等E在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置O其中正确的是_。(填入相应的字母)(2)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。图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是_。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.建立物理模型法解析：(1)细绳的作用是能显示出力的方向，所以不必等
14、长，故A错误；两细绳拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，橡皮条不一定在两细绳夹角的平分线上，故B错误，E正确；在拉弹簧测力计时必须要求弹簧测力计与木板平面平行，否则会因为摩擦力的存在影响力的大小，故C正确；两个弹簧测力计的读数不一定相等，D错误。(2)F是通过作图的方法得到合力的理论值，由于误差的存在F和F的方向并不重合，F方向一定沿AO方向；合力与分力是等效替代的关系，所以本实验采用的是等效替代法。答案：(1)CE(2)FB4某同学通过实验探究两个互成角度的力的合成方法。实验步骤：将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，
15、另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计的示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如表所示。F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为FOO。在挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使挂钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的
16、拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图丙中画出Fl图像，根据图线求得l0_cm。(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N。(3)在图丁中根据给出的标度，作出FOA和FOB的合力F的图示。(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论。解析：(1)如图1所示，图线与横轴交点的横坐标即橡皮筋原长，故l010.00 cm。(2)由图1知橡皮筋的劲度系数k50.0 N/m，OA、OB的长度之和是13.60 cm，原长 10.00 cm，则形变量x3.60 cm，所以弹力FOAkx1.80 N。(3)合力F的图示如图2所示。(
17、4)橡皮筋搭在挂钩上拉至O点和把橡皮筋挂在挂钩上拉至O点效果相同，F应与FOO比较。答案：(1)见解析图110.00(9.80、9.90、10.10均正确)(2)1.80(1.701.90均正确)(3)见解析图2(4)FOO5某实验小组用一个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，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2。(1)主要实验步骤如下：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处，记下弹簧测力计的示数F；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
18、结点到达O点，此时绳套1沿0方向，绳套2沿120方向，记下绳套1弹簧测力计的示数F1；根据力的平行四边形定则，计算此时绳套1的拉力F1_F；比较F1和F1，即可初步验证力的平行四边形定则；只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤。(2)保持绳套2的方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动90，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是_。A逐渐增大 B.先增大后减小C逐渐减小 D.先减小后增大解析：(1)根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力，F1Ftan 30F。(2)保持绳套2的方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动90，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，说明两个细绳拉力的合力不变，示意图如图所示，故绳套1的拉力先减小后增大，故A、B、C错误，D正确。答案：(1)(2)D
