2024_2025年新教材高中物理第4章力与平衡第1节第2课时实验：探究两个互成角度的力的合成规律学案鲁科版必修第一册.docVIP

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第2课时试验：探究两个互成角度的力的合成规律

一、试验目的

1．探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系。

2．学习用等效思想探究矢量合成的方法。

二、试验原理

1．让两个互成角度的共点力F1与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，产生同样的作用效果。

3．测出F1、F2和F，比较它们的大小和方向，找出规律。

三、试验器材

木板、橡皮筋、细线、弹簧测力计、图钉、白纸、铅笔、刻度尺、三角板。

四、试验步骤

1．如图(a)所示，在铺有白纸的木板上，将橡皮筋一端用图钉固定于A点，另一端与两细线打一个结点B。两细线分别挂上弹簧测力计。

2．如图(b)所示，分别用力拉两只弹簧测力计，用铅笔标出结点B被拉伸到的位置，记为O点。登记此时两只弹簧测力计的示数F1、F2，并沿两细线标记出力的方向。

3．如图(c)所示，用力拉一只弹簧测力计，同样将结点B拉到O处，登记此时弹簧测力计的示数F，并沿细线标记出力的方向。

4．用力的图示画出F1、F2及F。

五、数据分析及结论

1．数据分析

(1)比较F1、F2、F的大小和方向，能否看出三者之间的关系？试一试，将F1、F2、F的箭头端用虚线连起来，找出满意的规律并进行论证。

(2)变更两个力F1与F2的大小和夹角，再重复上述试验两次。

2．试验结论

在试验误差允许的范围内，F是F1与F2的合力，F1、F2和F满意平行四边形定则。

六、误差分析

1．运用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间，以及弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会引起系统误差。

2．两次测量拉力时，橡皮筋的结点不行能做到完全拉到同一点而造成偶然误差。

3．两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，作出力的图示求合力时，都可能造成偶然误差。

七、留意事项

1．结点

(1)定位结点时要精确；

(2)同一次试验中橡皮筋结点位置必需保持不变。

2．拉力

(1)用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向；

(2)应使橡皮筋、弹簧测力计和细线套位于与纸面平行的同一平面内；

(3)两个分力F1、F2间的夹角不要太大或太小。

3．作图

(1)在同一次试验中，选定的标度要相同；

(2)严格按力的图示要求和作图法作出F1、F2及F之间满意的关系，求出合力。

试验原理与操作

[例题1]做“探究两个互成角度的力的合成规律”的试验时：

(1)本试验采纳的科学方法是________。

A．志向试验法 B．等效替代法

C．限制变量法 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、刻度尺、三角板、图钉和铅笔，还必需有________。

(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。请将接下来的试验操作补充完整：

①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。此时需登记：结点位置(记为O点)、两个弹簧测力计的读数及________。

②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)该同学的试验结果如图乙所示，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的合力的试验值。通过把F与F′进行比较，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，所以本试验采纳的等效替代法，故B正确。

(2)试验器材中缺少橡皮条。

(3)①通过记录两条细绳所在方向，确定两个分力的方向。

②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。须要记录弹簧测力计读数以及细绳所在方向。

(4)F是依据等效替代原理，通过测量得到的试验值，F′是依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)①两条细绳所在方向②O点细绳所在方向(4)F′F

(1)为使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，每次试验必需保证结点位置保持不变。

(2)利用平行四边形定则求得的合力与实际的合力往往不相同，但实际的合力肯定沿橡皮筋伸长的方向。

(3)在同一次试验中，选定的标度要相同，严格按力的图示和几何作图法的要求作出平行四边形，求出合力。

试验数据的处理

[例题2]某同学用如图甲所示的装置“探究两个互成角度的力的合成规律”。将一木板(图中未画出)竖直放置，与铁架台和轻弹簧所在平面平行。其部分试验操作如下，请完成下列相关内容：

(1)如图甲，在木板上登记悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O。

(2)卸下钩码然后将