1、第2课时 探究两个互成角度的力的合成规律实验必备合作探究一、实验目的(1)探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系。(2)学习用_的思想探究矢量合成的方法。二、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度 尺、图钉(若干)、铅笔。等效替代三、实验原理与设计1实验的基本思想 _。(1)变量的控制要求：在物理实验中，要注意控制实验过程中的_(选填“相同变量”或“不同变 量”)。(2)设计思路：可以用弹簧测力计拉橡皮筋，用一个力、两个力分别拉橡皮筋，使橡皮筋的_ _不变，比较一个力和两个力的大小、方向之间的关系，找出规律。等效替代法 不同变量 作 用效果 2实验原
2、理：(1)让两个互成角度的共点力F1和F2作用于某一物体，并产生明显的作用效果。(2)用一个力F来代替F1和F2，并产生同样的_，F可看成F1和F2的_。(3)测出F1、F2和F，比较它们的大小和方向，找出其中的规律。3实验设计两组物理量的测量方法。(1)一个力的测量：用一个力拉橡皮筋时，记录细线的结点位置O、绳套的方向、弹簧测力计的读 数。作用效果 合力(2)两个力的测量：用两个力拉橡皮筋时，把橡皮筋的结点拉到相同位置O，记录两绳套的方向、两弹簧测力计的读数。四、实验步骤 1钉白纸：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2拴绳套：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、3两力拉：用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置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。4一力拉：只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条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重复做：改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次。(1)本实验中对两只弹簧测力计有何要求？使用时应注意哪些问题？提示：本实验中的两只弹簧测力计的选取方法：将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换或调校，直至相同为止。使用弹簧测力计测力时，读数应尽量大些，但不能超出它的测量范围。被测
4、力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩擦。读数时应正对、平视刻度。(2)实验过程中，需要注意哪些安全问题？提示：小心放置图钉，避免造成伤害。不要将橡皮条拉得过长。五、数据收集与分析根据图示法画出的结果，比较 F1、F2 和 F 的大小和方向，并将 F1、F2 和 F 的箭头端用虚线连起来，找出 F1、F2 和 F 三者的规律。进一步以F1、F2为邻边画出平行四边形，并作对角线F，比较F和F的差异。在 误差允许范围内，判断F1、F2和F是否满足平行四边形关系。对比其他实验小 组的数据看一看你发现的规律是否具有普遍性。实验结论：F是F1和F2的合力，F1、F
5、2和F满足_关系。平行四边形定则 (1)保持两只弹簧测力计的拉力大小不变，只改变它们的夹角，合力的大小如何变化？(2)合力大小是否一定等于原来两个力的大小之和？(3)合力是否一定大于原来的每一个力？请通过实验得出结论，并说明原因。提示：(1)若两拉力大小不变，夹角越大，合力越小；夹角越小，合力越大。(2)合力大小不一定等于原来两个力的大小之和，当两个力方向相同时，合力大小才等于两个力大小之和。(3)合力不一定大于原来的每一个力，合力可以比分力大，可以等于分力，也可以小于分力。六、误差分析 产生原因减小方法偶然误差作用效果误差两次测量拉力时,橡皮条的结点O要拉到同一点读数误差弹簧测力计数据在允许
6、的条件下尽量大些,读数时眼睛要正视作图误差两分力夹角不能太大或太小,作图时两力的对边一定要平行系统误差弹簧测力计本身的误差选较精确的弹簧测力计,使用前要进行调零弹簧测力计与纸面之间的摩擦误差尽量让弹簧测力计不接触纸面系统误差和偶然误差能否避免？提示：系统误差和偶然误差都不能避免，但可以通过实验方法的迁移及实验器材的改进减小系统误差；通过多次测量求平均值的方法减小偶然误差。实验研析创新应用教材原型实验角度 1 实验原理和实验操作【典例 1】在做“探究求合力的方法”实验时：(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧测力计、细绳、刻度尺、图钉和铅笔)外，还必须有_和_。(2)要使每次合力与分力产生相同的
7、效果，必须()A每次将橡皮条拉到同样的位置B每次把橡皮条拉直C每次准确读出弹簧测力计的示数D每次记准细绳的方向(3)为了提高实验的准确性，减小误差，实验中应注意些什么？_(4)在“探究求合力的方法”实验中，某同学的实验结果如图所示，其中 A 为固定橡皮条的图钉，O 为橡皮条与细绳结点的位置。图中_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_和_进行比较，即可验证平行四边形定则。【解析】(1)根据实验器材要求可知，还必须有橡皮条和三角板(用来作平行四边形)。(2)根据实验原理知正确选项为 A。(3)实验中应注意：选用弹性小的细绳；橡皮条、细绳和弹簧测力计
8、的轴线应在同一平面上，且与板面平行贴近等。(4)在本实验中，按照平行四边形定则作出的合力 F 为 F1 与 F2 的合力的理论值，而用一个弹簧测力计拉时测出的力 F为 F1 与 F2 的合力的实验值。比较 F 与 F的大小和方向，即可验证平行四边形定则。答案：(1)橡皮条 三角板(2)A(3)见解析(4)F F F F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
9、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，如图所示。其中对于提高实验精度最有利的是_。【解析】(1)由力的平行四边形定则知，橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，两分力的大小也不一定小于合力的大小，A、D 错误；验证力的平行四边形定则时，每次实验需保证合力与分力的作用效果相同，结点 O 必须在同一位置，但重
10、复实验时，可以改变合力的大小，故结点 O 的位置可以与前一次不同，B 正确；使用测力计测力时，施力方向应沿测力计轴线方向，读数时视线应正对测力计刻度，C 正确。(2)为了减小画图时表示力的方向的误差，记录各个力的方向时，所描的点不要太靠近结点，A 错误；根据纸张大小，选择合适的标度，使图中所描的点到结点的距离适中、力的大小适中且两个力之间的夹角大小也适中，所以 B 正确，C、D错误。答案：(1)B、C(2)B角度 2 实验数据处理【典例 2】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，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数
11、据如表：用作图法求得该弹簧的劲度系数 k_N/m；弹力F/N0.501.001.502.002.503.003.50伸长量x/(102 m)0.741.802.803.724.605.586.42(2)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图甲所示，其读数为_N；同时利用所得 k 值获得弹簧上的弹力值为 2.50 N，请在图乙中画出这两个共点力的合力 F 合；(3)由图得到 F 合_N。【解析】(1)根据表格数据描点，然后连成一条过原点的直线，如图 1 所示，直线的斜率等于弹簧的劲度系数，k3.56.42102 N/m55 N/m。(2)读出弹簧测力计的读数为 2.10 N；以 O 为顶点，画出两
12、弹簧的绳套方向就是两拉力方向，再确定并画好力的标度，画出两拉力的图示，以两拉力为邻边作出平行四边形，画出平行四边形的对角线，即合力 F 合，如图 2 所示。(3)利用比例法计算，如图 2，用单位长度的线段代表 1 N，则 F12.10 N，为 2.1倍的单位长度，F22.50 N，为 2.5 倍的单位长度，F 合为 3.3 倍的单位长度，则F 合3.30 N。答案：(1)55(2 内均可)(2)2.10(0.02 内均可)画法见解析(3)3.30(0.20 内均可)创新型实验【典例 3】某同学在家中尝试探究两个互成角度的力的合成规律，他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度
13、尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子 A、B 上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为 O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物，如图所示。(1)(多选)为完成实验，下述操作中必需的是_。A.测量细绳的长度B.测量橡皮筋的原长C.测量悬挂重物后橡皮筋的长度D.记录悬挂重物后结点 O 的位置(2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是_。【解析】(1)要验证平行四边形定则，需要测量三条橡皮筋的拉力大小和方向，所以应测量橡皮筋的伸长量，故必须测量橡皮筋的原长和悬挂重物后的长度，并记录悬挂重物后结点 O 的位置及各橡皮筋的方向。(2)更换不同的小重物，改变三条橡皮筋的弹力可重新验证。答案：(1)B、C、D(2)更换不同的小重物重新验证