1、实验3探究两个互成角度的力的合成规律必备知识预案自诊一、实验目的探究两个互成角度的力的合成规律。二、实验思路互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F产生相同的效果,比较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。三、实验器材木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、小圆环、三角板、刻度尺、图钉(几个)。四、进行实验如图甲,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,另一端固定,橡皮条的长度为GE。在图乙中,用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。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。撤去F1、F2,改用一个力F单独拉住小圆环,仍使它处于O
2、点(图丙)。力F单独作用,与F1、F2共同作用的效果是一样的,都能使小圆环保持静止,由于两次橡皮条伸长的长度相同,即橡皮条对小圆环的拉力相同,所以F等于F1、F2的合力。五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出a、b这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边作平行四边形,过O点画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4中弹簧测力计c的拉力F的图示。3.比较F与F是否完全重合或几乎重合,从而验证平行四边形定则。六、误差分析1.系统误差:弹簧测力计本身不够准确造成的误差,为此要选择比
3、较准确的弹簧测力计。2.偶然误差:弹簧测力计读数和作图造成偶然误差,需要多做几次实验,并且使两分力F1、F2的夹角适当大些。3.减小误差的办法(1)实验过程中读数时视线要垂直弹簧测力计的刻度,要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。(2)作图时使用刻度尺或三角板,作图要规范。七、注意事项1.使用弹簧测力计前,要先调整指针使其指在零刻度处;再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如果两个示数相同方可使用。2.实验中的两个细绳套不要太短。3.在同一次实验中,橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。4.用两只弹簧测力计互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小。5.在用力拉弹簧测力计时
4、,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。6.画力的图示选定的标度要相同,要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。关键能力学案突破考点一教材原型实验【典例1】某研究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5 N的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),小圆环,刻度尺,三角板,图钉(若干个)。主要实验步骤如下:a.橡皮条的一端与轻质小圆环相连,另一端固定;b.用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环,小圆环运动至O点,记下两弹簧测力计的读数F1和F2及两细绳套的方向;c.用一个弹簧测力计将小圆环拉到
5、O点,记下弹簧测力计的读数F及细绳套的方向;d.在白纸上做出力F、F1和F2的图示,猜想三者的关系,并加以验证。丁(1)b、c步骤中将小圆环拉到同一位置O的目的是;(2)某次操作后,在白纸上记录的痕迹如图丁所示,请你在图丁中完成步骤d。(3)某同学提出,将上述步骤的b和c顺序对调,就可探究力的分解规律,他的观点是的(选填“正确”或“错误”)。考点二实验的改进与创新本实验一般是在教材实验原理的基础上,以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件,或通过改变实验条件、实验仪器设置题目。因此要在教材实验的基础上注重器材变化后对分力和合力的分析判断能力的培养,要善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题
6、。1.实验器材的变化如图2.分力和合力的变化(1)分力的获得:弹簧测力计的拉力钩码的重力。(2)合力的获得:弹簧测力计的拉力重物的重力钩码的重力。【典例2】某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下实验器材验证平行四边形定则:刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子、质量不同的小重物若干、木板。实验方案如下:将橡皮筋的两端分别与两条细绳相连,测出橡皮筋的原长;将橡皮筋一端细绳用钉子固定在竖直木板上的A点,在橡皮筋的中点O用细绳系住重物,使重物自然下垂,如图甲所示;将橡皮筋的另一端细绳固定在竖直木板上的B点,如图乙所示。(1)(多选)为完成本实验,下列还必须测量的物理量为。(填选项前字母)A.小
7、重物的质量B.细绳的长度C.图甲中OA段橡皮筋的长度D.图乙中OA和OB段橡皮筋的长度(2)在完成本实验的过程中,必须注意的事项是。(填选项前字母)A.橡皮筋两端连接的细绳长度必须相同B.图乙中A、B两点必须等高C.图乙中连接小重物的细绳必须在OA、OB夹角的角平分线上D.记录图甲中O点的位置和OA的方向E.记录图乙中O点的位置和OA、OB的方向(3)若钉子位置固定,利用现有器材改变实验效果,可采用的方法是。解题指导1.分析实验目的:探究两个互成角度的两个力的合成规律。2.确定实验思路:利用遵循胡克定律的橡皮筋,其弹力大小与伸长量成正比。测出各伸长量的大小,作出力的图示以便验证平行四边形定则。
8、3.判定数据分析方案(1)测出橡皮筋的原长和图甲中OA段橡皮筋的长度、图乙中OA和OB段橡皮筋的长度,则可计算出合力和两分力的大小关系。(2)由乙图确定合力和两分力的方向,作出力的图示。(3)以两分力为邻边作平行四边形求出合力与图甲中的力比较得出结论。对应演练迁移应用1.(2018天津卷)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)(多选)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
9、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。2.在“验证力的平行四边形定则”实验中,橡皮条一端固定在贴有白纸的水平木板上P点,另一端连接两根细绳,每根细绳分别连着量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计A和B,平行木板沿两个不同的方向拉弹簧测力计。某次实验,当橡皮条与两细绳的结点被拉到O点时,两细绳刚
10、好相互垂直,弹簧测力计的示数如图甲所示。(1)两细绳对结点的拉力大小可由A、B分别读出:FA= N和FB=N;(2)请在图乙的方格纸(一小格边长表示0.5 N)上画出这两个力及它们合力的图示。3.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。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,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)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N,测出所对应的l,部分数据如下表
11、所示:F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05找出中F=2.50 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)利用表中数据在给出的坐标纸上画出F-l图线。甲乙(2)测得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则FOA的大小为N。(3)根据给出的标度,作出FOA和FOB的合力F的
12、图示。(4)通过比较F与的大小和方向,即可得出实验结论。4.如图所示,某小组同学在“探究求合力的方法”的实验中用两个相同的弹簧测力计拉弹簧。木板(图中未画出)竖直放置,且与铁架台和轻弹簧所在平面平行。(1)实验中将弹簧下端拉至O点后,应记下O点的位置和两弹簧测力计的;(2)若B弹簧测力计的测量情况如图所示,则其示数为N;(3)从图中可以看到,A弹簧测力计方向水平,B弹簧测力计方向向右下方。若保持弹簧下端O点不动,同时保持B弹簧测力计方向不变,将A弹簧测力计缓慢逆时针旋转到竖直方向,则A弹簧测力计示数将(选填“一直变大”“一直变小”“先减小后增大”或“先增大后减小”)。5.(2021山东潍坊二模
13、)某同学在家中做“验证力的平行四边形定则”实验。实验器材有橡皮筋、小铁块、轻弹簧、细线、直尺、废圆表盘。实验步骤如下:在弹簧下挂小铁块,弹簧伸长6.0 cm。将表盘竖直固定,橡皮筋上端固定在表盘的“12”处,下端拴上两根细线套a、b,先用弹簧竖直向下拉线套a,使橡皮筋下端至表盘中心O点处,此时弹簧伸长了10.0 cm。此时拉皮筋的力记为F。再将小铁块挂在线套b上,并将其搭在表盘“4”处的光滑钉子上,用弹簧拉线套a,调整弹簧拉力的大小和方向,使皮筋下端到达O点时,线套a正好经过“7”处,此时弹簧伸长了8.2 cm,将弹簧的拉力记为F1,铁块的拉力记为F2。以F1、F2两力为邻边作出平行四边形,若
14、其对角线对应的力F与F的偏差在误差允许范围内,则该同学验证了力的平行四边形定则。请回答下列问题:(1)实验中为什么第二次拉橡皮筋时也使其下端到达O点?。(2)该同学取弹簧伸长2 cm为单位力长度,过O点作出了力F的图示,请你在图中再画出力F1、F2和F的图示。实验3探究两个互成角度的力的合成规律关键能力学案突破典例1答案(1)保证两次操作力的作用效果相同(2)(3)正确解析(1)b、c步骤中将小圆环拉到同一位置O的目的是保证两次操作力的作用效果相同;(2)在白纸上画出各力的大小及方向,并作出合力如图;(3)力的合成和力的分解是相互可逆的,则将上述步骤的b和c顺序对调,就可探究力的分解规律,此同
15、学的观点正确。典例2答案(1)CD(2)E(3)更换小重物解析(1)橡皮筋遵循胡克定律,要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长,得到橡皮筋的伸长量,根据拉力大小与伸长量成比例作力的图示。为了使两次实验效果相同,必须记下题图甲中OA段橡皮筋的长度、题图乙中OA和OB段橡皮筋的长度作参照,故选C、D。(2)橡皮筋连接的细绳要稍微长些,并非要求等长,A错误;题图乙中A、B两点不用必须等高,B错误;题图乙中连接小重物的细绳可以在OA、OB夹角的角平分线上,也可以不在角平分线上,C错误;题图甲中O点的位置和OA的方向不需要记录,D错误;需要记录题图乙中O点的位置和OA、OB的方向,E正确。(3)在钉子
16、位置不变的情况下,要改变实验效果,只有改变小重物的质量。故可采用的方法是更换小重物。对应演练迁移应用1.答案(1)BC(2)B解析(1)做验证力的平行四边形定则实验时,橡皮筋和两绳套夹角的角平分线没有必要在一条直线上,选项A错误;在同一次实验中要保持橡皮筋结点O在同一位置,但为了寻找普遍规律重复实验(或不同实验小组实验)时,结点O的位置可以不同,选项B正确;由弹簧测力计的使用规则可知选项C正确;合力与分力的大小关系不确定,实验中没有必要使两个测力计拉橡皮筋时拉力小于只用一个测力计时的拉力,选项D错误。(2)A、D图中选择的力的标度太大,不方便作图,并且A图中表示力的作用线的点离结点O太近不利于
17、确定力的方向,选项A错误;C图中实验时弹簧测力计的示数太小,作图误差较大,不利于总结实验结论,选项C错误。故只有选项B最符合题意。2.答案(1)4.002.50(2)解析(1)由题图甲可知,弹簧测力计读数分别为4.00N和2.50N;(2)由于每格为0.5N,故FA、FB分别为8格和5格,故力的图示如图所示。3.答案(1)如丙图所示(2)1.80(1.701.90均正确)(3)如图丁所示(4)FOO丙丁解析(1)根据表格中数据利用描点法作出图像如图丙所示;(2)AB的总长度为6.00cm+7.60cm=13.60cm;由图丙可知,此时两端拉力F=1.80N;(3)根据给出的标度,作出合力如图丁
18、所示;(4)只要作出的合力与实验得出的合力FOO大小和方向在误差允许的范围内相等,即可说明平行四边形定则成立。丙丁4.答案(1)读数大小和方向(2)6.40(3)先减小后增大解析(1)实验中,需要画力的图示,所以需要记录两弹簧测力计的读数大小和方向。(2)弹簧测力计的精度为0.1N,读数需要估读到下一位,则示数为6.40N。(3)在O点受力分析,并合成矢量三角形如图将A弹簧测力计缓慢逆时针旋转到竖直方向(虚线部分),则A弹簧测力计示数将先减小后增大。5.答案(1)保证两次拉橡皮筋的力效果相同(2)见解析图解析(1)为了保证两次拉皮筋的力效果相同,则第二次拉橡皮筋时也使其下端到达O点;(2)如图,因铁块的拉力使弹簧伸长6cm,则对应的力F2为3个单位;弹簧伸长8.2cm时对应的力F1为4.1个单位,则受力图如图:
