1、實驗-探究兩個互成角度力的合成規律實驗-探究兩個互成角度力的合成規律基礎過關一、實驗目的1.驗證互成角度的兩個共點力合成時的平行四邊形定則。2.培養應用作圖法處理實驗數據和得出結論的能力。二、實驗原理基礎過關一、實驗目的互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F產生相同的效果,看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F在實驗誤差允許范圍內是否相等。三、實驗器材木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細繩、彈簧測力計兩個、三角板、刻度尺、鉛筆。四、實驗步驟1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上。2.用圖釘把橡皮條的一端固定在A點,橡皮條的另一端拴上兩個細繩套。 互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F產

2、生相同的效果,看3.用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條與細繩的結點伸長到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧測力計的讀數,用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩套的方向。 4.只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條與細繩套的結點拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計的讀數和細繩套的方向。 3.用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡5.改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向,再做兩次實驗。五、數據處理1.用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩細繩套方向畫直線,按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形,過O點畫平行四邊形的對角

3、線,此對角線即合力F的圖示。2.用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出實驗步驟4中彈簧測力計的拉力F的圖示。3.比較F與F是否完全重合或幾乎完全重合,從而驗證平行四邊形定則。5.改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向,再做兩次實驗。六、注意事項1.同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是:將兩只彈簧測力計調零后互鉤對拉,讀數相同。2.在同一次實驗中,使橡皮條拉長時,結點的位置O一定要相同。3.用兩只彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮條時,夾角不宜太大也不宜太小,在60100為宜。4.實驗時彈簧測力計應與木板平行,讀數時眼睛要正視彈簧測力計的刻度,在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下,拉力的數

4、值盡量大些。六、注意事項5.細繩套應適當長一些,便于確定力的方向。不要直接沿細繩套的方向畫直線,應在細繩套末端用鉛筆畫一個點,移開細繩套后,再將所標點與O點連接,即可確定力的方向。6.在同一次實驗中,畫力的圖示所選定的標度要相同,并且要恰當選取標度,使所作力的圖示稍長一些。七、誤差分析1.彈簧測力計本身的誤差。2.讀數誤差和作圖誤差。5.細繩套應適當長一些,便于確定力的方向。不要直接沿細繩套的考點一實驗原理和實驗操作例1某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結點,OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據實驗結果畫出的圖?？键c突破考點一實

5、驗原理和實驗操作考點突破(1)如果沒有操作失誤,圖乙中的F與F兩力中,方向一定沿AO方向的是 。(2)本實驗采用的科學方法是。A.理想實驗法B.等效替代法C.控制變量法D.建立物理模型法(3)實驗時,主要的步驟是:A.在桌上放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木板上;B.用圖釘把橡皮條的一端固定在木板上,在橡皮條的另一端拴上兩條細繩,細繩的另一端系著繩套;C.用兩只彈簧測力計分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結點到達某一位置O。記錄下O點的位置,讀出兩只彈簧測力計的示數;(1)如果沒有操作失誤,圖乙中的F與F兩力中,方向一定沿AD.按選好的標度,用鉛筆和刻度尺作

6、出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則求出合力F;E.只用一只彈簧測力計,通過細繩套拉橡皮條使其伸長,讀出彈簧測力計的示數,記下細繩的方向,按同一標度作出這個力F的圖示;F.比較F和F的大小和方向,看它們是否相同,得出結論。上述步驟中:有重要遺漏的步驟的序號是和;遺漏的內容分別是和。 答案(1)F(2)B(3)CE記下兩條細繩的方向把橡皮條的結點拉到同一位置O D.按選好的標度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1變式1(2019安徽六安一中綜合訓練)在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中,需要將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上兩根細繩套,如圖甲所示,實驗中先用兩

7、個彈簧測力計分別鉤住繩套,并互成角度地拉橡皮條,把橡皮條的一端拉到O點,用鉛筆描下O點位置和兩個細繩套的方向,并記錄彈簧測力計的讀數,然后只用一個彈簧測力計,通過細繩套再次把橡皮條的一端拉到O點,記下彈簧測力計的讀數F和細繩套的方向,作出三個力的圖示,如圖乙所示。變式1(2019安徽六安一中綜合訓練)在“驗證力的平(1)下列說法正確的是()A.實驗中兩個細繩套應適當長一些,可以減小實驗誤差B.在用力拉彈簧測力計時,拉力應沿彈簧測力計的軸線方向C.在同一次實驗中,作力F1、F2的圖示時,必須選取同樣的標度,而作力F的圖示時,可以選取不同的標度D.最后,連接F1、F2和F三個力的末端,驗證所得圖形

8、是不是平行四邊形(2)甲同學在做這個實驗的時候,兩個彈簧測力計的量程都是010 N,他把彈簧測力計校零之后,先測量一個質量為1 kg的物體的重力,發現彈簧測力計的示數為8.2 N,換用另外一個彈簧測力計測量這個物體的重力,發現示數還是8.2 N,測量重力的操作都是正確的,如果用這兩個彈簧測力計進行實驗,對實驗結果有影響嗎?(填“有”或“沒有”)。乙同學實驗后才發現忘記對這兩個彈簧測力計校零,他把兩個彈簧測力計平放在實驗臺上,發現兩個彈C.在同一次實驗中,作力F1、F2的圖示時,必須選取同樣的標簧測力計的示數都是0.3 N,乙同學使用的彈簧測力計對實驗結果有影響嗎?(填“有”或“沒有”)。答案(

9、1)AB(2)沒有有簧測力計的示數都是0.3 N,乙同學使用的彈簧測力計對實驗結解析(1)拉橡皮條的細繩套適當長一些,方便畫出力的方向,可以減小誤差,故A項正確;在用力拉彈簧測力計時,拉力應沿彈簧測力計的軸線方向,否則會影響拉力大小,故B項正確;在同一次實驗中,作力F1、F2的圖示時,必須選取同樣的標度,而作力F的圖示時,也必須選取同樣的標度,故C項錯誤;應該是以F1、F2為鄰邊作出平行四邊形,過O點作出平行四邊形的對角線,該對角線表示合力,比較合力和F的關系,故D項錯誤。解析(1)拉橡皮條的細繩套適當長一些,方便畫出力的方向,可(2)用兩個校零后的彈簧測力計測量同一個物體發現示數相等,用這兩

10、個彈簧測力計進行實驗,拉力和示數之比相等,對實驗結果沒有影響;若兩個彈簧測力計測量前都沒有校零,且沒有拉力時彈簧測力計的示數都是0.3 N,則用此彈簧測力計測量時,彈力的大小應等于示數減去0.3 N,根據示數作平行四邊形時,誤差較大,對實驗結果有影響。(2)用兩個校零后的彈簧測力計測量同一個物體發現示數相等,用考點二實驗數據處理和誤差分析例2(2017課標,22,6分)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,將畫有坐標軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上,如圖(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點時,橡皮

11、筋處于原長。(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O,此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數如圖(b)所示,F的大小為N。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點;現使用兩個測力計同時拉橡皮筋,再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方考點二實驗數據處理和誤差分析向,由測力計的示數讀出兩個拉力的大小分別為F1=4.2 N和F2=5.6 N。()用5 mm長度的線段表示1 N的力,以O為作用點,在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示,然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合; 圖(a) 圖(b)向,由測力計的示數讀出兩個拉力的大小分別為F1=4.

12、2 N和()F合的大小為N,F合與拉力F的夾角的正切值為。若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內,則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。()F合的大小為N,F合與拉力F的夾角的正切值答案(1)4.0(2)()F1、F2和F合如圖所示()4.00.05答案(1)4.0(2)()F1、F2和F合如圖所示解析(1)測力計的分度值為0.2 N,F的大小為4.0 N。(2)()圖見答案。分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形,并作出對角線,即得F合。()表示F合的線段的長度為20.0 mm,F合=1 N= 4.0 N。F合與拉力F的夾角的正切值為tan =0.05。解析(1)測力計的分度值

13、為0.2 N,F的大小為4.0 N變式2(2019遼寧沈陽東北育才質檢)在“探究求合力的方法”實驗中,現有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細繩套和一把彈簧測力計。(1)為完成實驗,某同學另找來一根彈簧,先測量其勁度系數,得到的實驗數據如表: 彈力F(N)0.51.01.52.02.53.03.5伸長量x(10-2 m)0.741.802.803.724.605.586.42變式2(2019遼寧沈陽東北育才質檢)在“探究求合力根據表中數據在圖甲中作出F-x圖像并求得該彈簧的勁度系數k=N/m;(保留兩位有效數字) 甲 乙根據表中數據在圖甲中作出F-x圖像并求得該彈簧的勁度系數(2)某次實驗中,彈簧測力

14、計的指針位置如圖乙所示,其讀數為 N;同時利用(1)中結果獲得彈簧上的彈力值為2.50 N,請在圖丙中畫出這兩個共點力的合力F合;(3)由圖得到F合=N。(保留兩位有效數字)丙(2)某次實驗中,彈簧測力計的指針位置如圖乙所示,其讀數為 答案(1)如圖所示55(2內均可)(2)2.10如圖所示答案(1)如圖所示55(2內均可)(3)3.4(0.2內均可)(4)甲(5)FC讀數比真實值偏小;確定力的方向不準確、作圖不精確考點三實驗拓展和實驗創新創新角度實驗裝置/原理圖創新解讀實驗原理創新圖1圖2圖1:1.將橡皮筋和彈簧測力計的實驗角色互換2.掛鉤上涂抹少許潤滑油,保證了橡皮筋兩側彈力大小相同,與兩

15、側橡皮筋長度大小無關圖2:1.通過應用定滑輪,改變拉力的方向2.鉤碼的總重力即對應細繩的拉力大小考點三實驗拓展和實驗創新創新角度實驗裝置/原理圖創新解讀實實驗器材創新1.電子秤代替彈簧測力計,可以直接讀出力的大小2.同一電子秤應用于(a)、(b)、(c)三個圖中,可測得三根細線中拉力的大小實驗過程創新1.探究拉伸過程對橡皮筋彈性的影響2.橡皮筋上端固定,下端掛一重物,用水平力兩次拉動重物,對應不同的軌跡實驗1.電子秤代替彈簧測力計,可以直接讀出力的大小實驗1例3(2019云南昆明教學質量檢測)某學生實驗小組設計了一個“驗證力的平行四邊形定則”的實驗,裝置如圖甲所示,在豎直放置的木板上部附近兩側

16、,固定兩個力傳感器,同一高度放置兩個可以移動的定滑輪,兩根細繩跨過定滑輪分別與兩力傳感器連接,在兩細繩連接的結點O下方懸掛鉤碼,力傳感器1、2的示數分別為F1、F2,調節兩個定滑輪的位置可以改變兩細繩間的夾角。實驗中使用若干相同的鉤碼,每個鉤碼質量均為100 g,取g=9.8 m/s2。例3(2019云南昆明教學質量檢測)某學生實驗小組設甲 乙(1)關于實驗,下列說法正確的是。A.實驗開始前,需要調節木板使其位于豎直平面內B.每次實驗都必須保證結點O位于同一位置C.實驗時需要記錄鉤碼數量、兩力傳感器的示數和三細繩的方向D.實驗時還需要用一個力傳感器單獨測量懸掛于O點鉤碼的總重力(2)根據某次實

17、驗得到的數據,該同學已經按照力的圖示的要求畫出了F1、F2,請你作圖得到F1、F2的合力F(只作圖,不求大小),并寫出該合力不完全豎直的一種可能原因。B.每次實驗都必須保證結點O位于同一位置答案(1)AC(2)如解析圖所示定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等(回答出一項合理答案即可)答案(1)AC(2)如解析圖所示定滑輪有摩擦、木板未豎解析(1)實驗開始前,需要調節木板使其位于豎直平面內,以保證鉤碼重力等于細繩中的拉力,選項A正確;該裝置每次實驗不需要保證結點O位于同一位置,選項B錯誤;實驗時需要記錄鉤碼數量、兩力傳感器的示數和三細繩的方向,選項C正確;懸掛于O點鉤碼的總重力可以根據鉤碼的質量得出,

18、不需要力傳感器測量,選項D錯誤。(2)利用平行四邊形定則作出F1和F2的合力F。該合力方向不完全在豎直方向的可能原因是定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等。解析(1)實驗開始前,需要調節木板使其位于豎直平面內,以保變式3如圖所示,某實驗小組同學利用DIS實驗裝置研究支架上力的分解。A、B為兩個相同的雙向力傳感器,該型號傳感器在受到拉力時讀數為正,受到壓力時讀數為負。A連接質量不計的細繩,可沿固定的圓弧形板移動。B固定不動,通過光滑鉸鏈連接長0.3 m的桿。將細繩連接在桿右端O點構成支架。保持桿在水平方向,按如下步驟操作:變式3如圖所示,某實驗小組同學利用DIS實驗裝置研究用另一根質量不計的細繩在O點懸掛一個鉤碼,記錄兩個傳感器的讀數;取下鉤碼,移動傳感器A改變角。重復上述實驗步驟,得到表格。 3060150F1(N)1.0010.5801.002F2(N)-0.868-0.2910.865測量繩子與水平桿的夾角為;對兩個傳感器進行調零;用另一根質量不計的細繩在O點懸掛一個鉤碼,記錄兩個傳感器的(1)根據表格,A傳感器對應的是表中力(選填“F1”或“F2”),鉤碼質量為kg(保留一位