第二章 相互作用 第13课时　探究两个互成角度的力的合成规律　实验增分课学生用

第13课时探究两个互成角度的力的合成规律[实验增分课]装置原理操作要领数据处理误差分析互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F'产生相同的效果，比较用平行四边形定则求出的F1、F2的合力F与F'在实验误差允许的范围内是否相同（1）仪器安装：①如实验原理图所示，用图钉把白纸固定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G点，橡皮条的另一端连接轻质小圆环，小圆环上拴上两个细绳套。（1）用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1、F2的图示，并用刻度尺以F1、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只用一只弹簧测力计的读数F'的图示（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）减小误差的办法①实验过程中，读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求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，并借助三角板，一定要使表示两力的对边平行（2）测量与记录：①用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉动小圆环，使橡皮条伸长，小圆环到达某一位置O。记录两个弹簧测力计的读数F1、F2，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。②只用一个弹簧测力计通过细绳套把小圆环拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数F'和细绳套的方向。③改变两个弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验【典例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。（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（填正确答案标号）。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）下列说法正确的是（填正确答案标号）。A.拉橡皮条的绳细一些且长一些B.拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应靠近木板且与木板平面平行C.同一次验证过程中O点位置应相同D.拉力F1和F2的夹角应该较小（4）如果实验室没有细绳，在进行实验时，图甲中的OB和OC可以用橡皮条代替吗？。（选填“可以”或“不可以”）难点助攻第（1）问中关于F和F'的方向问题：用平行四边形定则确定的合力的方向F'一定是平行四边形中的那条对角线，实际的合力F一定与橡皮条共线。第（2）问中本实验采用的科学方法是等效替代法，所以要保证两次拉橡皮条的作用效果相同，必须保证结点位置相同。易错排查第（3）问中的实验操作：为了更准确地确定两分力的方向，拉橡皮条的两绳细一些且长一些，拉橡皮条时，弹簧测力计应该靠近木板与木板平行，但不能有摩擦出现。听课记录在验证力的平行四边形定则的实验中，将橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套。实验中用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点。（1）小明在实验过程中认为必须注意以下几项，其中正确的是。A.同一次实验过程中，O点位置允许变动B.实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度C.实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮筋另一端拉到O点D.实验中，橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上（2）如图为某同学完成验证平行四边形定则实验后留下的白纸，根据图中数据，F'的大小是N。（3）观察上图发现，理论的合力F'与只用一个弹簧测力计拉动时的拉力F差异较大，经验证F测量无误，则造成这一现象可能的原因是。A.用手压住结点后拉弹簧测力计并读数B.用两个弹簧测力计拉动时两弹簧测力计不成90°C.两个弹簧测力计首次拉动时结点位置的记录有较大偏差D.拉动过程中绳套从弹簧测力计上脱落，装上后继续实验【典例2】某兴趣小组的同学为了验证“两个互成角度的力的合成规律”，设计了一个实验方案，在圆形桌子桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮（滑轮上侧所在平面与桌面平行），滑轮P1固定，滑轮P2、P3可沿桌边移动，如图所示。可供选择的实验器材有：刻度尺、三角板、铅笔、白纸、一根橡皮筋、三根细线、质量相同的钩码若干。部分实验操作步骤如下：①将橡皮筋中央处和两端点分别与三根细线相连；②将连在橡皮筋中央的细线跨过固定滑轮P1，连接橡皮筋两端点的细线跨过可动滑轮P2、P3；③在三根细线的下端分别挂上一定数量的钩码，使连在橡皮筋中央的细线与橡皮筋的结点O静止。（1）为完成本实验，下列物理量必须测量或记录的是。（填选项前字母）A.橡皮筋的原长 .两端橡皮筋伸长后的长度C.钩码的质量 .三根细线所挂钩码的个数（2）在完成本实验的过程中，下列操作或描述正确的是。（填选项前字母）A.连接橡皮筋两端点的细线长度必须相同B.细线OP1必须在OP2与OP3夹角的角平分线上C.记录图中O点的位置和OP1、OP2、OP3的方向D.不改变OP1所挂钩码的个数和OP1的方向，改变OP2与OP3的夹角重复实验，O点不用在桌面上同一位置（3）实验中，若桌面不水平（填“会”或“不会”）影响实验的结论。3步稳解题①实验目的是什么？验证互成角度的力的合成规律。②实验原理是什么？绳OP1上的拉力为理论值，以绳OP2、OP3上拉力为邻边做平行四边形，则对角线为合力的测量值，若理论值与测量值的大小、方向在误差允许的范围内相同，即可得出两个力的合成规律。③怎样处理数据？先根据平行四边形定则确定合力的大小和方向，再与绳OP1上的拉力对比进行验证。听课记录1.如图甲所示，某实验小组用如下器材验证力的合成遵循平行四边形定则。先将传感器A固定，把拴着重物C的橡皮筋挂在传感器A上，稳定后，记录传感器A的示数FA＝3.00N，并测出此时橡皮筋的长度为l1＝20.00cm。再用一轻绳连接重物C与传感器B，水平向右拉动传感器B，如图乙所示，稳定后，分别记录两传感器A、B的示数FA'＝5.00N、FB＝4.10N，并测出此时橡皮筋的长度为l2＝24.00cm。（1）请在图丙中用力的图示法作出FA、FB的合力F合，通过对比F合与FA'的大小和方向得出力的合成遵循平行四边形定则。（2）根据实验数据求出该橡皮筋的劲度系数k＝N/cm，橡皮筋的原长l0＝cm。2.某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材探究两个互成角度的力的合成规律，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，另一端系上绳套1和绳套2。主要实验步骤如下：Ⅰ.将弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋与绳套的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F；Ⅱ.将弹簧测力计挂在绳套1上，沿水平方向缓慢拉橡皮筋，同时用手拉着绳套2沿120°方向缓慢拉橡皮筋。使橡皮筋与绳套的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F1；Ⅲ.根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力大小F1'＝①；Ⅳ.比较②，若在误差允许的范围内相同，即可判断两个互成角度的力的合成遵循平行四边形定则；Ⅴ.只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤。回答下列问题：（1）完成实验步骤：①；②。（2）将绳套1