探究2：力的合成的平行四边形定则
实验 平行四边形定则
实验三 验证力的平行四边形定则一、实验目的：探究力的合成规律 —— 平行四边形定则；理解等效替代思想方法在物理学中的应用．二、实验原理：互成角度的两个力与一个力产生 相同 的效果，看它们用平行四边形定则求出的合力与这个力是否在实验误差允许的范围内相等．三、实验器材：木板、白纸、图钉若干、 橡皮条 、细绳、弹簧秤（2只）、三角板、 刻度尺 ，等．四、实验步骤： ① 用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的 方木板 上，如图所示；②用两个弹簧秤分别钩住两个绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一点O ；③用铅笔描下 结点O 的 位置和两个细绳套的 方向 ，并记录弹簧秤的读数21F F ，利用刻度尺和三角板作平行边形，画出对角线所代表的力F ；④只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面实验中的相同 位置O ，记下弹簧的读数F ′ 和细绳的方向；⑤比较F 和F ′，观察它们在实验误差允许的范围内是否 相等 ．⑥改变21F F ，的大小和方向，再做两次实验。
五、误差分析：实验误差除弹簧测力计本身的误差外，还主要来源于 读数 误差和 作图 误差两个方面．① 减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量 大 一些．读数时眼睛一定要 正视弹簧测力计的刻度 ，要按有效数字正确读数和记录．② 减小作图误差的方法：21F F 与夹角适宜，且比例要恰当。
六、注意事项：①位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时 结点 的位置一定要相同．②角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太 小 ，也不宜太大，以60°～120°之间为宜．③ 尽量减少误差：在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些；细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．④ 统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．〖考点1〗对实验原理及实验过程的考查【例1】在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条．⑴ 某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A ．两根细绳必须等长B ．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C ．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行D ．在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等E ．在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置其中正确的是_______________（填入相应的字母）⑵ “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力的示意图．① 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________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⑶ 某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力F 1和F 2，图中小正方形的边长表示2 N ，两力的合力用F 表示，F 1、F 2与F 的夹角分别为θ1和θ2，关于F 1、F 2与F 、θ1和θ2关系正确的有________A ．F 1 = 4NB ．F = 12 NC ．θ1 = 45°D ．θ1 < θ2【例2】某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M，弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．⑴本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N；⑵下列不必要的实验要求是________（请填写选项前对应的字母）A．应测量重物M所受的重力B．弹簧测力计应在使用前校零C．拉线方向应与木板平面平行D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置⑶某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．______________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1 答案：⑴CE⑵①F′②B⑶BC解析：⑴两细绳套不要太短，但是不一定要等长，选项A错误；橡皮条与两绳夹角的平分线是否在同一直线上，由两分力的大小和方向决定，选项B错误；用弹簧秤拉细绳套时，弹簧秤与木板平面必须平行，选项C正确；验证力的平行四边形定则实验中，测量分力大小的两个弹簧秤的读数不一定要相等，选项D错误；在同一次实验中，需要保持F1和F2的作用效果与合力F的作用效果相同，即拉到同一位置，所以选项E正确，答案为C、E．⑵F′是利用一个弹簧秤将橡皮条拉到结点O位置的力，F是利用平行四边形定则作出的与F′作用效果相同的两个分力F 1和F2的合力，所以沿AO方向的力一定是F′．本实验中，需要保证单个拉力的作用效果与两个拉力的作用效果相同，即采用了等效替代法．⑶以F1和F2为邻边作平行四边形，如图所示，其对角线表示合力F，由图可知，F 1 = 4 2 N，F = 12 N，θ1 = 45°，θ1 > θ2，所以选项B、C正确．例2 答案：⑴3.6⑵D⑶①减小弹簧测力计B的拉力；②减小重物M的质量（或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等）解析：⑴由题图知，弹簧测力计A的最小刻度值为0.2 N，读数为3.6 N．⑵验证力的平行四边形定则，一定要记好合力与两分力的大小与方向，与结点位置无关，D错；M的重力即合力，A对；测量前弹簧测力计调零才能测量准确，B对；拉线与木板平行才能保证力在木板平面内，C对．⑶对O点受力分析如图所示，可见若减小F OA可调节F OB的大小或方向，调节OA方向或减小物重G等．。
二力合成的法则-平行四边形法则
四边形定则。
二力合成的法则－平行四边形法则
创新微课
探究合力与分力的关系
1、合力总大于每一个分力？
2、合力可能大于其中的一个分力小于另一个分力？ 3、合力可能都小于任一个分力？
二力合成的法则－平行四边形法则
创新微课
11 、合力总大于每一个分力？ 、合力总大于每一个分力？ 1 、合力总大于每一个分力？ 1 、合力总大于每一个分力？ 1 、合力总大于每一个分力？ 22 、合力可能大于其中的一个分力小于另一个分力？ 、合力可能大于其中的一个分力小于另一个分力？ 2 、合力可能大于其中的一个分力小于另一个分力？ 2 、合力可能大于其中的一个分力小于另一个分力？ 2 、合力可能大于其中的一个分力小于另一个分力？ 33 、合力可能都小于任一个分力？ 、合力可能都小于任一个分力？ 3 、合力可能都小于任一个分力？ 3 、合力可能都小于任一个分力？ 3 、合力可能都小于任一个分力？
平行四边形定则的应用方法 1.图解法 根据平行四边形定则用作图法求两个力的合力时，须严
格作出力的图示，再由图量出合力的大小和方向．
2.计算法
根据平行四边形定则作出力的示意图，利用合力与分力组
成的平行四边形内的三角形关系，求合力大小和方向。
二力合成的法则－平行四边形法则
创新微课
例题
力F1=45N，方向水平向右。力F2=60N，方向竖直向上。通过作图 1 F的大小和方向。 法求这两个力的合力
二力合成的法则－平行四边形法则
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• 问题三：互成一定角度的两个力的合成 F2 F1 F=G
F 与 F1、 F2 是什么关系呢？
二力合成的法则－平行四边形法则
验证力的平行四边形定则
验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则【基础回顾】考点内容：验证力的平行四边形定则考纲解读：1.知道什么是等效替代法。
2.能用作图法验证互成角度的两个力合成时遵守平行四边形定则.★基本实验要求：1．实验原理：互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F’产生相同的效果，看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等．2．实验器材：木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺．3．实验步骤验证力的平行四边形定则（1）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上．（2）用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如实验原理图所示．（3）用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.（4）只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F’和细绳的方向．（5）比较F’与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相等．★规律方法总结：1．正确使用弹簧测力计：（1）将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止．（2）使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围．（3）被测力的方向应与轴线方向一致．（4）读数时应正对、平视刻度．2．注意事项：（1）位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．（2）角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．（3）在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．（4）统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．3．误差分析：（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，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录．②作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行.【基础达标】1、某同学用两个弹簧测力计、一根橡皮筋、细绳套、三角板及贴有白纸的方木板等器材，进行“验证力的平行四边形定则”的实验。
力的合成与分解平行四边形定则例题
力的合成与分解是物理学中非常重要的概念，特别是在力学和静力学中。
平行四边形定则作为力的合成与分解的具体应用，也是物理学习中的重要内容之一。
本文将从简到繁，由浅入深地探讨力的合成与分解以及平行四边形定则，并结合例题进行详细讲解和分析。
通过本文的阅读，你将深入理解这一概念，并能够灵活运用于解决物理学中的实际问题。
1. 力的合成与分解在物理学中，力的合成是指将多个力合成为一个力的过程，力的分解则是将一个力分解为多个力的过程。
力的合成与分解是基础的力学概念，是理解和解决物体受力情况的基础。
根据力的性质和作用方向，可以通过合成与分解来简化和解决物体所受合力的问题。
2. 平行四边形定则平行四边形定则是力的合成与分解的具体应用之一。
当两个力以及它们的作用方向和大小在空间中组成一个平行四边形时，可以利用平行四边形定则来求解合力的大小和方向。
平行四边形定则是静力学中非常常见的解题方法，也是物理学习中必须掌握的重要内容之一。
3. 例题分析现在，我们通过一道例题来具体分析力的合成与分解和平行四边形定则的应用：题目：如图所示，在空间中有两个力F1和F2，它们的大小分别为5N 和8N，方向分别为45度和120度。
求合力的大小和方向。
解析：根据平行四边形定则，我们可以将这两个力用矢量表示，然后按照平行四边形的性质进行合成。
画出力F1和F2的矢量表示，然后按照平行四边形定则，通过平行四边形的对角线和两条边的关系，求解合力的大小和方向。
通过以上例题分析，我们可以清楚地看到平行四边形定则在力的合成与分解中的应用，以及如何通过图示和矢量计算来解决具体问题。
这种例题分析有助于深入理解平行四边形定则，并能够灵活运用于实际的物理问题中。
总结和回顾通过本文的讲解和例题分析，我们全面地了解了力的合成与分解以及平行四边形定则的内容。
力的合成与分解是物理学中基础的概念，平行四边形定则作为其具体应用，是解决静力学问题的重要方法之一。
在学习物理学时，掌握和灵活运用这些概念对于理解和解决物理问题至关重要。
【物理教案】2021江苏高考物理：第二章实验二 力的平行四边形定则
实验二力的平行四边形定则误差分析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.减小误差的方法(1)结点O①定位O点时要力求准确。
②同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变。
(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应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳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θ不要太大或太小。
(3)作图①在同一次实验中，选定的标度要相同。
②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力。
注意事项操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置)，用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等。
热点一实验原理与实验操作【例1】(2019·江苏省天一中学高三11月月考)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图1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与OC为细绳。
图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
图1(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________。
A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法图2(3)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，则图2的示数为________N。
(4)为减小实验误差，下列措施正确的是________。
A.两条细绳的夹角必须很大B.弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平面平行C.拉橡皮筋的细绳要稍长一些，标记同一条细绳的方向时两标记点要适当近一些D.应尽量避免弹簧测力计与木板间的摩擦解析(1)F是通过作图的方法得到合力的理论值，而F′是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点，使得一个弹簧测力计的拉力与两个弹簧测力计的拉力效果相同，测量出的合力，故方向一定沿AO方向的是F′，由于误差的存在F和F′方向并不重合。
实验探究两个互成角度的力的合成规律-[新]高中物理必修第一册
![实验探究两个互成角度的力的合成规律-[新]高中物理必修第一册](https://img.taocdn.com/s3/m/6224471f19e8b8f67d1cb992.png)
答案:× 解析:两弹簧测力计间的夹角可以任意选取,只要不太大也不太 小就可以。
问题一
问题二
随堂检测
不要直接沿细绳套方向画直线,应在细绳套两端各画个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向。
1 N,读数时应估读一位,所以读数分别为2.
(2)在如图所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。 进行图乙中的操作时,拉力F1、F2的方向一定相互垂直 变式训练2做“验证力的平行四边形定则”的实验时:
本实验中对两2只.记弹簧录测力细计绳有何的要求方?使向用时时应注,意沿哪细些问绳题?方向在细绳下白纸上点两个相距较
1 N,读数时应估读一位,所以读数分别为2.
(2)本实验中两弹簧测力计所拉绳间的夹角一般在60°到120°之 间较合适,A错误;为了减小误差,便于确定两拉力的方向,拉橡皮条 的细绳要稍长一些,且必须使橡皮条、细绳、弹簧测力计都与木板 平行,细绳要与弹簧测力计轴线在同一直线上,读数时视线要正对 弹簧测力计刻度,B、C、D均正确。
答案:(1)B (2)BCD
远的点即可。( ) 在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行
(1)理论值:在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计同时拉时弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板根据平行四 边形定则求出合力F。
答案:√ (2)角度合适:两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~100°为宜。
C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行
D.用两个弹簧测力计拉绳套时,两测力计示数要保持相同
E.用两个弹簧测力计拉绳套时,两测力计拉力方向要互成90°角,
验证平行四边形定则
三、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、三角板、刻度尺、图钉(几 个)、细芯铅笔、橡皮条、细绳(两根)等． 四、实验步骤 1．在桌上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉 把白纸固定在方木板上． 2．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的 A 点，在橡皮条的另 一端挂上两条细绳，细绳的另一端各系着绳套．
7．以 F1、F2 为邻边作平行四边形，并作出对角线 F，如图丙 所示． 8．比较 F′与合力 F 的大小和方向，看它们在误差范围内是否 大小相等，方向相同． 9．实验结论：F′和对角线 F 在误差范围内重合，说明两个力 合成时，用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则平行 四边形的对角线所代表的力就是合力．
似相等
高考试题往往避开课本中固有的实验模式， 另辟 蹊径， 通过变通实验装置、 操作方法， 以达到验证实验的目的， 考查学生灵活运用课本知识解决实际问题的能力．“变通”的 实验试题一般都很新颖、别致，从试题中一般都能找到课本中 实验的“影子” ，因此在平时的学习中应重视“变通”实验的 练习．本实验还可以从以下方面去创新： 创新 1：在水平面内改为在竖直平面内做实验，拉橡皮筋改为 悬挂重物，可避免橡皮筋弹性变化带来的误差． 创新 2：弹簧测力计用力传感器取代，可避免摩擦的影响，使 读数更方便、精确．
六、数据处理 1．画力的图示时，应选定恰当的单位长度作为标度． 2．作力的合成图时，要使用刻度尺和圆规作图，且应尽量将 图画得大一些，但也不要太大而画出纸外，要严格按力的图示 要求和几何作图法作出合力． 3．由作平行四边形得到的 F 和实际测量得到的 F′不可能完全 重合， 一般大小和方向的偏差在 10%以内， 即可认为在误差允 许范围内 F 与 F′重合．
[解析]
(1)弹簧测力计读数时需要估读，最终的读数要以有效
原创高中物理实验探究两个互成角度的力的合成规律—人教版
实验探究两个互成角度的力的合成规律一、实验目的1.练习用作图法求两个力的合力。
2．验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则。
二、实验原理1.等效思想：若用一个力F′或两个力F1和F2共同作用都能把橡皮条沿某一方向拉至相同长度，即力F′与F1、F2的共同作用效果相同，那么F′为F1、F2的合力。
2．用弹簧测力计分别测出F′和F1、F2的大小，并记下它们的方向，作出F′和F1、F2的图示，以F1、F2的图示为邻边作平行四边形，其所夹的对角线即为用平行四边形定则求得的F1、F2的合力F。
3．比较F′与F，若它们的长度和方向在误差允许的范围内相等，则可以证明平行四边形定则的正确性。
三、实验器材方木板、白纸、图钉若干、细芯铅笔、橡皮条一段、细绳套两个、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺.四、实验步骤1．仪器的安装(1)钉白纸：用图钉把一张白纸钉在方木板上，将方木板放在水平桌面上．(2)拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳套．2．操作与记录(1)两力拉：用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图1所示)．用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数．(2)一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向．图13．作图对比(1)理论值：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计同时拉橡皮条时拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F(如图2所示)．(2)测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′的图示．(3)相比较：比较F′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否重合．4．重复改变两个分力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的F与F′在实验误差允许的范围内是否相等．五、误差分析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。
力的合成与分解
力的合成与分解一、精讲释疑1、力的合成方法（1）平行四边形定则求两个互成角度的共点力F1、F2的合力时，可以把表示F1、F2这两个力的形状作为邻边，画平行四边形，这两个邻边所夹的对角线即表示合力的大小和方向。
①当两个力在同一直线上时，求合力时，如果两力同向，直接相加，反向相减。
②如果求两个以上的共点力的合力时，先把其中任意两力做一平行四边形，把这两力的合力求出来，然后再把这两力的合力和第三个力再合成，得出这三个力的合力，依此类推，直到把所有力都合成进去，最后得到的合力就是这些力的合力。
求两个以上的共点力的合力，用正交分解。
（2）三角形定则把要合成的两个力F1、F2首尾相接的画出来，再把F1、F2的另外两端也连接起来，这种连线就表示合力的大小和方向。
例1如果两个共点力F1、F2的合力为F，则A、合力F一定大于任何一个分力FF1F2这句话的意思，三角形的一条边一定大于其他两条边，显然错误。
B 、 合力F 的大小可能等于F 1，也可能等于F 2等腰三角形，其中一腰为合力，正确。
C 、 合力F 有可能小于任何一个分力正确。
D 、 合力F 的大小随F 1、F 2间夹角的增大而减小。
正确。
随平行四边形邻边的夹角增大，所夹对角线减小。
两个力夹角为0时，合力最大，为两个分力之和。
两个力夹角增大，合力减小。
两个力夹角为180°时，合力最小，为二力之差。
2、力的分解方法力的合成的逆运算。
同样遵守平行四边形定则。
两个确定的分力，它的合力是唯一的。
如果把一个力分解，可以分解为方向、大小都不同的分力，不是唯一的。
F F 1F 2 FF 1F 2 FF（1）根据力的实际效果进行分解 三个基本步骤：①根据力的实际效果确定两个分力的方向。
如斜面上物体的重力分解，重力有两个效果。
压斜面的效果，沿斜面往下冲的效果。
②根据已知的力（要分解的力）和这两个分力的方向做四边形。
③由四边形确定分力的大小。
例1有一个三角形支架，一端用轻绳悬挂一个物体，把物体对绳的拉力进行分解。
第二节力的合成与分解、探究力的合成平行四边形定则(附答案)
§2．2 力的合成与分解、探究力的合成平行四边形定则内容要求说明力的合成和分解力的平行四边形定则（实验、探究）Ⅱ力的合成和分解的计算，只限于用作图法或直角三角形知识解决一、合力与分力若一个力的作用效果与另外几个力共同作用的效果相同，那么，这个力就叫做那另外几个力的合力，另外几个力叫做这个力的分力．二、力的合成与分解1．求几个力的合力叫做力的合成，求一个力的分力叫做力的分解．力的分解是力的合成的逆运算．2．力的合成与分解都遵循平行四边形定则．3．二力（F1、F2)合成的合力(F)的取值范围为：｜F1－F2｜≤F≤（F1＋F2）.在两个分力大小一定的情况下，随着两分力夹角的增大，合力逐渐减小．当两分力夹角为零时，合力最大：F max=F1+F2；当两分力夹角为180°，合力最小：F min=｜F1-F2｜．三、力的分解的方法把一个已知力分解为两个互成角度的分力，如果没有条件限制，可以分解为无数对分力．力的分解能得到惟一解的条件是：已知两个分力的方向（且不在同一直线上）或已知其中一个分力的大小和方向．1．根据力的实际作用效果进行分解．把一个力根据其效果分解的基本方法是：①先根据力的实际作用效果确定两个分力的方向；②再根据两个分力的方向作出力的平行四边形；③解三角形，计算出分力的大小和方向．2．正交分解法．所谓正交分解法，就是把物体受到的各个力都分解到互相垂直的两个方向上去．然后分别求这两个方向上的力的代数和，再根据平衡条件或牛顿定律进行列式求解．正交分解法是一种特殊的处理问题的方法，它的本质还是等效替代．这种方法的突出优点是把复杂的力的矢量运算转化为互相垂直方向上的简单的代数运算．特别适用于多力（三个或三个以上的共点力）作用下的物体的平衡或加速问题．因此，对此方法应注意重点掌握．四、几点说明1．平行四边形定则是整个中学物理矢量运算的基本定则，物理学中的其他矢量如位移、速度、加速度、电场强度、磁感强度等矢量合成与分解亦遵从平行四边形定则．2．一条直线上的矢量合成的运算：先规定正方向，将和正方向一致的矢量记作正，相反的矢量记作负，再直接加减．对未知矢量，可先假设其方向沿规定的正方向，若求解结果为正，表示其方向与规定的正方向一致，求解结果为负，负号则表示其方向与规定的正方向相反．五、探究力合成的平行四边形法则1．利用弹簧秤、橡皮条、细绳套、木板等器材探究力的合成的平行四边形定则的实验方法：a.先用两个力作用在物体的同一点上，使它产生一定的效果，如把橡皮筋一端固定，拉另一端到某一点O；b.再用一个力作用于同一点上，让它产生与第一次两个力共同作用相同的效果，即也把橡皮筋拉到点O．c.记下各个力的大小、方向、画出各个力的图示．d.探究合力F与分力F1、F2的关系2．误差分析：本实验误差的主要来源除弹簧秤本身的误差外，还有读数误差、作图误差，因此在使用弹簧秤前应注意将指针调零，使用时要使它与木板平行，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录；两个分力F1和F2间的夹角不宜太大或太小，在画力的合成图示时，要恰当选定标度．【典型精析】【例1】如图所示，轻质三角支架水平横杆的B 端与竖直墙面光滑铰接，用此支架悬挂重物，已知AB 杆所受的最大压力为2000N ，AC 细绳所受的最大拉力为1000N ，α 角为30o ．为了不使支架损坏，则所悬的重物应当满足什么要求？变式训练：如图所示，轻杆BC 的C 点用光滑铰链与墙壁固定，杆的B 点通过水平细绳AB 使杆与竖直墙壁保持30°的夹角．若在B 点悬挂一个定滑轮（不计重力），某人用它匀速地提起重物．已知重物的质量m =30kg ，人的质量M =50kg ，g 取10 m/s 2．试求：（1）此时地面对人的支持力； （2）轻杆BC 和绳AB 所受的力．【例2】如图所示的为曲柄压榨机结构示意图,A 处作用一水平力F ,OB 是竖直线.不计杆、活塞重力和杆转动摩擦,两杆AO 与AB 的长度相同,当OB 的尺寸为200,A 到OB 的距离为10时,求货物M 在此时所受的压力．【例3】两人在两岸用绳拉小船在河流中行驶，如图所示,已知甲的拉力是200 N ，拉力方向与航向夹角为60°，且甲、乙两绳在同一水平面内,若要使小船受到的合力沿航行方向，在河流正中间沿直线行驶，则： （1）若乙的拉力大小为2003N ，乙用力的方向与航行方向的夹角θ应为多大?小船受到两拉力的合力为多大?（2）乙在什么方向时用力最小？此时小船所受两拉力的合力多大?A B C Om M 30°(例2图)FF 乙 v (例3图)【例4】在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某—点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条.（1）某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A. 两根细绳必须等长B. 橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C. 在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行D. 在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等E. 在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置以上说法中正确的有(填入相应的字母)．（2）某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2 N，两力的合力用F表示，F1、F2与F的夹角分别为θ1和θ2，请你根据作图法，得出下列关系正确的有．A. F1=4 NB.F=12 NC.θ1=45°D.θ1＜θ2【自我检测】1．一个物体受到了同一个平面的三个共点力，这三个力的合力可能为零的是() A．5 N，10 N，15 N B．10 N，10 N，10 NC．10 N，15 N，35 N D．2 N，10 N，8 N2．作用在同一物体上的两个共点力F1、F2，F1>F2且F1、F2在同一条直线上，其合力为F，下列判断正确的是()A．F1、F2同时增大一倍，F也一定增大一倍B．F1、F2同时增大10 N，F也一定增大10 NC．F1增大10 N、F2减小10 N，F一定不改变D．在F1、F2中，若其中的一个力增大，F可能减小3．在探究“力合成的平行四边形法则”的实验中，其中的三个实验步骤是：（a）在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两弹簧互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点达到某一位置O点，在白纸上记下O点和两弹簧秤的读数F1和F2．（b）在纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F．（c）只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个弹簧秤拉时相同，记下此时弹簧秤的读数F'和细绳的方向．以上三个步骤中均有错误或疏漏，指出错在哪里？在（a）中是__________________________．在（b）中是__________________________．在（c）中是__________________________．【课后练习】1．城市中的路灯、无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂．如图为这类结构的一种简化模型．图中硬杆OB 可绕通过B 点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可忽略．如果悬挂物的重量为200N ，∠AOB =30°，硬杆OB 处于水平，钢索OA 对O 点的拉力为T 和杆OB 对O 点的支持为F ，则（ ） A ．T =200N B ．T =2003NC ．F =2003ND ．F =200N2．如图所示吊床用绳子拴在两棵树上等高位置．某人先坐在吊床上，后躺在吊床上，均处于静止状态．设吊床两端系绳中的拉力为F 1、吊床对该人的作用力为F 2，则A ．坐着比躺着时F 1大B ．躺着比坐着时F 1大C ．坐着比躺着时F 2大D ．躺着比坐着时F 2大3．如图所示，物体静止于光滑水平面M 上，力F 作用于物体O 点，现要使物体沿着OO ′方向做加速运动（F 和OO ′都在M 水平面内）.那么，必须同时再加一个力F ′，这个力的最小值是（ ） A ．Fcos θ B ．Fsin θ C ．Ftan θ D ．Fcot θ4．用绳AC 和BC 吊起一重物处于静止状态,如图所示.若AC 能承受的最大拉力为150 N ，BC 能承受的最大拉力为105 N ，那么,下列正确的说法是 0(sin 370.6,cos370.8)== ( ) A ．当重物的重力为150 N 时，AC 、BC 都不断，AC 拉力比BC 拉力大 B ．当重物的重力为150 N 时，AC 、BC 都不断，AC 拉力比BC 拉力小 C ．当重物的重力为176 N 时，最终AC 不断，BC 断 D ．当重物的重力为176 N 时，最终AC 、BC 都会断5．如图所示，在粗糙水平地面上放着一个截面为四分之一圆弧的柱状物体A ， A 的左端紧靠竖直墙，A 与竖直墙之间放一光滑圆球B ，整个装置处于静止状态，若把A 向右移动少许后，它们仍处于静止状态，则（ ） A ．球B 对墙的压力增大 B ．球B 对墙的压力减小C ．物体A 与球B 之间的作用力减小D ．物体A 对地面的压力增大6．在利用弹簧秤、橡皮条、细绳套、木板等器材探究力的合成的平行四边形定则实验中，下列说法中正(第4题图)（第5题图）ABO30°(第1题图)确的是( )A ．分别用两只弹簧秤和用一只弹簧秤拉橡皮筋时，结点必须拉到同一点B ．实验过程中，弹簧的轴线必须与纸面平行C ．弹簧秤不能超过木板的边界D ．作力的平行四边形时，不同拉力的标度应该相同7．在“探究力的合成的平行四边形定则”的实验中，使b 弹簧测力计按图所示的位置开始沿顺时针方向缓慢转动，在这一过程中保持O 点位置不变和a 弹簧测力计的拉伸方向不变，则在整个转动过程中关于a 、b 弹簧测力计的读数变化情况是 ( ) A. a 增大，b 减小 B. a 减小，b 减小C. a 减小，b 先增大后减小D. a 减小，b 先减小后增大8．如图所示，是一表面光滑、所受重力可不计的劈尖(AC=BC ,∠ACB =θ)插在缝间，并施以竖直向下的力F ，若劈对左、右接触点的压力大小分别是F 1、F 2，则( )A ．12sin2F F θ=B ．12sin2F F θ=⋅C ．22sin2F F θ=D ．22sin2F F θ=⋅9．如图所示，一根轻绳上端固定在O 点，下端拴一个重为G 的钢球，球处于静止状态．现对球施加一个方向向右的外力F ，使球缓慢偏移，如果外力F 方向始终水平，最大值为2G ，试求轻绳张力T 的大小取值范围．10．如图所示，楔形物倾角为θ=30°，放在水平地面上，轻质硬杆下端带有滑轮，上端顶有1000N 的物体，则当作用于楔形物上的水平推力多大时，才能将重物顶起？并讨论此装置能省力的条件．（不计竖直槽与硬杆之间的摩擦及滑轮与楔形物间的摩擦）(第8题图)（第9题图）§2．2 力的合成与分解、探究力的合成平行四边形定则【典型精析】【例1】若F AB 达到最大值2000N ，则F AC =F AB /cos30°=334000 ＞1000N.故要保证支架不损坏，应使F AC ≤1000N,故 max 2sin 30500oG F N ≤=变式训练：（1）F N =Mg-mg =200N（2）T BO =2mg =600NN,320030==οtan T F BO ABN 34002==AB BC F F【例2】力F 的作用效果是对AB 、AO 两杆产生沿杆方向的压力F 1、F 2，如图甲所示，而F 1的作用效果是对M 产生水平推力F ′和竖直向下的压力F N ，如图乙所示．由图可得tan α=10100=10，F 1=F 2=2cos F α，而F N =F 1sin α，则F N =tan 2F α=5F ．【例3】（1）取船航向为x 轴,与船航向垂直为y 轴建立坐标系.如图所示，将F甲、F 乙沿两坐标轴正交分解，有F 甲x =F 甲cos 60°=200×21N=100 N ，F 甲y =F 甲sin 60°=200×32N=1003 N ，F 乙x =F 乙co s θ，F 乙y =F 乙sin θ．要使小船受到的合力沿航行方向，则必须满足F 乙y =F 甲y =1003 N ，即F 乙sin θ=1003N ，θ=30°； F 乙x =F 乙cos θ=300 N ，小船所受甲乙的合力F 合=F 甲x +F 乙x =(100+300）N=400 N ． （2）当θ=90°时，F 乙有最小值F min =1003N ，方向为垂直于船的航向，此时两拉力的合力为F ′合=F 甲x =100 N ． 【例4】（1）CE (2)BC【自我检测】1．ABD 2．AD3． (1) （a ）漏记了两细线的方向 （b ）必须依据两力的大小和方向才能作图 （c ）必须将橡皮条拉到原来的O 点【课后练习】1．C 2．A 3．B （为使物体在水平面内沿着OO ′做加速运动，则F 与F ′的合力方向应沿着OO ′，为使F ′最小，F ′应与OO ′垂直，如图所示，故F ′的最小值为F ′=Fsin θ，B 选项正确．） 4．AD 5．BC 6．ABD 7． D 8． AC9．当水平拉力F=0时轻绳处于竖直位置，绳子张力最小G T =1F AB(例2答图)(例3答图)当水平拉力F=2G 时，绳子张力最大G G G T 5)2(222=+= 因此轻绳的张力范围是G T G 5≤≤10． Gtan θ；θ<45°（先对硬质杆及下面滑轮进行受力分析，受上端物体的压力，大小等于物体的重力G ，斜面的支持力N=G/cosθ，及槽水平向右的作用力F=Gtanθ．再对楔形物进行受力分析，易知所求推力的大小和竖直槽水平向右的作用力F 相等，且θ越小越省力．）。
第二章 实验：探究两个互成角度的力的合成规律
实验：探究两个互成角度的力的合成规律[学习目标] 1.验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则.2.练习用作图法求两个力的合力．一、实验仪器方木板、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．二、实验原理1．合力F′的确定：一个力F′的作用效果与两个共点力F1与F2共同作用的效果都是把橡皮条拉伸到某点，则F′为F1和F2的合力．2．合力理论值F的确定：根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示．3．平行四边形定则的验证：在实验误差允许的范围内，比较F′和F是否大小相等、方向相同．三、实验步骤1．在方木板上用图钉固定一张白纸，如图1甲所示，用图钉把橡皮条的一端固定在木板上A 点，在橡皮条的另一端拴上两个细绳套．图12．用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条将结点拉到某位置O，用铅笔描下结点的位置、细绳的方向，并记录两弹簧测力计的读数．3．用一个弹簧测力计把橡皮条拉到同一位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳的方向．4．如图乙所示，按适当的比例作出用两个弹簧测力计拉时的拉力F1和F2的图示以及用一个弹簧测力计拉时的拉力F′的图示，利用刻度尺和三角板，以F1、F2为邻边画出平行四边形，并画出对角线F.5．比较F与F′的大小和方向，看它们在实验误差允许范围内是否相同，从而验证平行四边形定则．四、注意事项1．结点(1)定位O点时要力求准确；(2)同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持位置不变．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)应使橡皮条、弹簧测力计和细绳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θ不要太大或太小．3．作图(1)在同一次实验中，选定的比例要相同；(2)严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力．五、误差分析1．弹簧测力计使用前没调零会造成误差．2．使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成误差．3．两次测量拉力时，橡皮条的结点没有拉到同一点会造成偶然误差．4．两个分力的夹角太小或太大以及F1、F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，都会造成偶然误差.一、实验原理及步骤例1做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验时：(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外，还必须有________和________．(2)在做上述实验时，在水平放置的木板上垫上一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上，另一端结两个细绳套，通过细绳用两个互成角度的弹簧测力计拉橡皮条，使结点移到某一位置O，此时需记下：①______；②________；③________.然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长，使结点到达________，再记下________．(3)在某次实验中，某同学的实验结果如图2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，验证平行四边形定则．图2答案(1)三角板橡皮条(2)①O点位置②细绳所指方向③相应弹簧测力计读数同一位置O点弹簧测力计读数(3)F F′F F′解析实验中要记录橡皮条拉伸后O点的位置、弹簧测力计的读数及力的方向．二、实验数据处理例2某同学用如图3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．其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：(1)如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；(2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的________及两弹簧测力计相应的读数．图乙中B弹簧测力计的读数为________N；(3)该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力F A、F B的大小和方向如图丙所示，请在图丙中作出F A、F B的合力F′；(4)已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F′，得出结论：__________________.图3答案(2)方向11.40(3)如图所示(4)在实验误差允许范围内F和F′相等，求合力可遵循平行四边形定则三、实验创新例3有同学利用如图4所示的装置来探究两个互成角度的力的合成规律：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力T OA、T OB和T OC，回答下列问题：图4(1)(多选)改变钩码个数，实验能完成的是()A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是()A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向和钩码个数B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度C．用量角器量出三段绳子之间的夹角D．用天平测出钩码的质量(3)在作图时，你认为图5中________(选填“甲”或“乙”)是正确的．图5答案(1)BCD(2)A(3)甲解析(1)对O点受力分析如图所示，OA、OB、OC分别表示T OA、T OB、T OC的大小，由于三个共点力处于平衡，所以T OA、T OB 的合力大小等于T OC，且T OC<T OA＋T OB，即|T OA－T OB|<T OC<T OA＋T OB，故B、C、D能完成实验．(2)为探究两个互成角度的力的合成规律，必须作受力图，所以先明确受力点，即标记结点O 的位置，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，应从力的三要素角度出发，要记录钩码的个数和记录OA、OB、OC三段绳子的方向，故A正确，B、C、D错误．(3)以O点为研究对象，F3的实际作用效果在OC这条线上，由于误差的存在，F1、F2的合力的理论值与实际值有一定偏差，故题图甲符合实际，题图乙不符合实际．1．源于教材——本例的实验原理与教材实验的原理相同．2．高于教材——本实验没有使用弹簧测力计测力的大小，而是用钩码的重力作为绳的拉力，同时用两个光滑的滑轮调节两绳拉力的方向．一、选择题1.在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，把橡皮条一端固定于P点，另一端通过细绳套连接两只弹簧秤，并使该端拉至O点，测得PO长为L，如图1所示，则实验中()图1A．选取的细绳套适当长一些B．只需要记录弹簧秤的读数C．两根细绳套间的夹角尽可能大些D．改用一只弹簧秤拉橡皮条时，只需使橡皮条的长度仍为L答案A解析为了减小实验测量的误差，选取的细绳套应适当长一些，故A正确．实验中需记录弹簧秤的读数、拉力的方向以及结点O的位置，故B错误．为了减小测量的误差，两根细绳套间的夹角要适当大一些，不是越大越好，故C错误．为了产生相同的效果，改用一只弹簧秤拉橡皮条时，仍然要拉到同一结点，故D错误．2．在做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，以下说法中正确的是()A．用两只弹簧测力计拉橡皮条时，两细绳之间的夹角必须为90°，以便求出合力的大小B．用两只弹簧测力计拉橡皮条时，结点的位置必须与用一只弹簧测力计拉时结点的位置重合C．若用两只弹簧测力计拉时合力的图示F与用一只弹簧测力计拉时拉力的图示F′不完全重合，说明力的合成的平行四边形定则不一定是普遍成立的D．同一实验过程中，结点O的位置允许变动答案B解析理论上，细绳之间的夹角是任意的，不需要计算，可以用弹簧测力计和细绳确定力的大小和方向，A错误；前后两次结点的位置相同，力的作用效果才相同，B正确，D错误；由于测量和作图存在误差，F′和F的方向不一定重合，实验可以证明，在误差允许的范围内，平行四边形定则总是成立的，C错误．3．(多选)在做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验时，使用弹簧测力计必须注意() A．测量前检查弹簧测力计的指针是否指在零点B．测量前应把两弹簧测力计互相勾在一起并对拉，观察它们的示数是否相同，应选用示数相同的一对弹簧测力计C．在用弹簧测力计拉橡皮条时，外壳不要与纸面摩擦D．两根细绳必须等长答案ABC解析A、B选项是为了读数准确，C可以保证准确的测出拉力的大小，细绳的作用是能显示出力的方向，所以不要求必须等长，D错误．二、非选择题4．某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验时，主要步骤有：A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向；E．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出用两只弹簧测力计拉时的拉力F1和F2的图示以及用一个弹簧测力计拉时的拉力F′的图示，并以F1、F2为邻边用平行四边形定则求出合力F；F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论．上述步骤中：(1)有重要遗漏的步骤的序号是________和________；(2)遗漏的内容分别是______________________和______________________________．答案(1)C D(2)C中应加上“记下两条细绳的方向”D中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”解析(1)根据“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、D.(2)在C中未记下两条细绳的方向，D中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O.5．将橡皮条的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计．沿着两个不同的方向拉弹簧测力计．当橡皮条的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图2甲所示．这时弹簧测力计的读数可从图中读出．图2(1)由图可读出两个相互垂直的拉力的大小分别为________N和________N.(2)在图乙的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．答案(1)4.00 2.50(2)见解析图解析由题图可知，竖直方向的弹簧测力计的读数为2.50 N，水平向右的弹簧测力计的读数为4.00 N．因为读数2.50 N、4.00 N均是0.50 N的整数倍，所以选方格纸中一个小方格的边长表示0.50 N，应用平行四边形定则，即可画这出两个力以及它们的合力，如图所示．6．某同学用如图3所示的实验装置来探究两个互成角度的力的合成规律．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线方向．图3(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N.(2)下列不必要的实验要求是()A．应测量重物M所受的重力B．弹簧测力计应在使用前校零C．拉线方向应与木板平面平行D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．答案(1)3.6(2)D(3)①改变弹簧测力计B拉力的大小和方向；②减小重物M的质量；③将A更换成较大量程的弹簧测力计(任选其二)解析(1)由弹簧测力计可读出示数为3.6 N；(2)因为只要O点受力平衡，三个力的合力为零即可，没有必要每次都要使O点静止在同一位置，故选D.7．小明通过实验探究两个互成角度的力的合成规律：(1)实验所用的一只弹簧测力计如图4甲所示，在用它测力前应对它进行的操作是____________．图4(2)在测出F1、F2和对应的合力F后，他在纸上画出了F1、F2的图示，如图乙所示．请你帮助他在图中画出合力F的图示．(测得F＝4.9 N，图中a、b为记录F方向的两点)(3)小明用虚线把F的箭头末端分别与F1、F2的箭头末端连接起来；观察图形后，他觉得所画的图形很像平行四边形．至此，为正确得出两个互成角度的力的合成规律，你认为小明接下来应该做些什么？(写出两点即可)①________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________.答案(1)调零(2)见解析图(3)①验证该图形基本就是平行四边形；②得出两个互成角度的力的合成规律；③改变F1、F2的大小和方向，重复上述实验，验证猜想；④与同学交流，得出合理结论(任选其二)解析(1)该实验所用弹簧测力计开始时指针不在零位置，故在用它测力前应对它进行的操作是调零．(2)根据力的三要素作出合力F的图示如图所示(3)根据所画的图形很像平行四边形这一事实，小明接下来应该做以下事情：①验证该图形基本就是平行四边形；②得出两个互成角度的力的合成规律；③改变F1、F2的大小和方向，重复上述实验，验证猜想；④与同学交流，得出合理结论．8．某同学通过下述实验探究两个互成角度的力的合成规律．图5实验步骤：①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．②如图5所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧秤示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：③找出②中F OO′.④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图6所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA 段的拉力记为F OA，OB段的拉力记为F OB.图6完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图7给出的坐标纸上画出F－l图线，根据图线求得l0＝________cm.图7(2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则F OA的大小为________N.(3)根据给出的标度，在图8中作出F OA和F OB的合力F′的图示．图8(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．答案见解析解析(1)根据表格中数据利用描点法作出图像如图所示：图像与横轴的交点即为l0，由图可知l0＝10.00 cm；(2)AB的总长度为6.00 cm＋7.60 cm＝13.60 cm，由F－l图像可知，此时两端拉力F＝1.80 N，即F OA＝F OB＝1.80 N；(3)根据给出的标度，作出合力如图所示；(4)只要作出的合力与实验得出的合力F OO′大小和方向在误差允许的范围内相同则成立．。
对人教版“力的合成”教学中平行四边形定则使用条件的思考
Vol.49 No.5 Mar.2020f教学参考教材研究对人教版“力的合成”教学中平行四边形定则使用条件的思考卫荷晨(西安市西光中学陕西西安710043)文章编号：l〇〇2-218X(2020)05-0059-02 中图分类号：G632. 41 文献标识码：B摘要：在对轻质弹簧的受力分析中，如果弹簧两端分别施加大小相等、方向相反的拉力，弹簧整体所受到合力为零，同时发生了弹性形变，根据力的合成原理，应该能找出一个力等效替代之前的两个拉力。
但是实际情况是任何单一的力不能产生使惮簧发生形变的作用效果，这与力的合成中的等效替代关系产生了矛盾，笔者对力的合成中“等效替代”思想以及平行四边形定则使用条件进行更进一步的研究和总结。
关键词：合力；分力；平行四边形定则人教版物理必修一第三章第四节“力的合成”基 于物理的核心素养，从物理思维方面要求学生能够从 力的作用的等效性来理解合力与分力，能够初步体会 等效替代的物理思想方法；从科学探究上能够通过实 验探究力的矢量求和方法，即平行四边形定则，能够 进一步将物理模型转化为数学模型，知道矢量运算的 基本规则，体现了物理学科的学习对学生综合品质的从轨道一端滚人轨道，在轨道内钢球做曲线运动，钢 球从出口出来在白纸上留下了一条运动的曲线轨迹，这个轨迹就是钢球在A点的运动轨迹。
拿去一小段轨道，将钢球从轨道另外一端滚人轨道，在出口 B/|(点铺设白纸，得到钢球在B点的运i动轨迹，如图2所示。
图2让学生观察白纸上墨迹和轨道有什么样的关系？通过实验演示，学生可以得出墨迹和轨道只有一个交 点，说明墨迹所在的直线为轨道所在曲线的切线，也 就是说质点在某一点速度的方向是曲线在这一点切线的方向。
通过这个实验可以得出曲线运动的物体在任意一点的速度方向，确定曲线方向以后，让学生 去思考，曲线运动的速度和直线运动之间的差异。
学 生通过直观的演示实验，很快就可以得出以下结论：直线运动的速度方向是不变的，曲线运动的方向随时 在变化。
实验 验证平行四边形定则
(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向 有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一 定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实．
(4)①F1的方向比真实方向偏左； ②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左； ③作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行．(任选其二) 【答案】 (1)见解析图 (2)AC (3)甲同学实验得到的结果 (4)见解析
5．在用力拉弹簧测力计时，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．要防止弹簧测力计卡壳，防止弹簧 测力计或橡皮条与纸面有摩擦．
6．在同一实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且 要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．
●实验过程 1．用图钉把白纸钉在方木板上．
●实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个) 、三角板、刻度尺、图钉、铅笔． ●注意事项 1．弹簧测力计：观察指针是否指在零刻度处，若指针不在 零刻度处，要设法调整指针．再将两个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．细绳套：不要太短． 3．结点的位置：同一实验中，拉长时结点位置要相同． 4．弹簧测力计夹角：不宜太大也不宜太小，在60°～ 100°之间．
(1)试在图(a)中作出F1和F2的合力图示，并用F表示此力． (2)有关此实验，下列叙述正确的是( ) A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力 C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O， 这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同 D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮 筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即 可
力的合成2力的合成遵循平行四边形定则
F1=Fcos θ F2=Fsin θ
F2
F
F
θ
θ
F1
例题2
放在斜面上的物体，常把它所受的重力
分解为平行于斜面的分量F1和垂直于斜面的分 量F2 ,F1使物体下滑（故有时称为“下滑力”） F2 使物体压紧斜面.结束Fra bibliotekF1 F2
F
所以，我们可以由力的作用效果来确定分 力的方向.
二、力的分解方法
1．力的分解遵守平行四边形定则． 2．力的分解的一般方法 （1）根据力的作用效果确定两个分力的方向； （2）根据已知力和两个分力方向作平行四边形； （3）根据平行四边形或三角形知识确定分力的大
小和方向．
三、力的正交分解
在很多问题中，常把一个力分解为互相垂直的两 个分力，特别是物体受多个力作用时，把物体受 到的各个力都分解到互相垂直的两个方向上去， 然后求两个方向上的力的合力，这样可把复杂问 题简化，尤其是在求多个力的合力时，用正交分 解的方法，先将力分解再合成非常简单．
怎样去选取坐标呢？原则上是任意的，实际问题 中，让尽可能多的力落在这个方向上，这样就可 以尽可能少分解力．
如图所示，将力F沿力x、y方向分解，可得：
Fx F cos Fy F sin
F Fx2 Fy2
例题1
放在水平面上的物体受到一个斜向上的拉力F 的作用，该力与水平方向夹角为θ，这个力产生两个 效果：水平向前拉物体，同时竖直向上提物体，因 此力F可以分解为沿水平方向的分力F1和沿着竖直方 向的分力F2 ，力F1和力F2的大小为：
复习引入：
1、力的合成 2、力的合成遵循平行四边形定则
力可以合成，是否也可以分解呢？
一、力的分解
例如：绳上挂物
求一个已知力的分力叫做力的分解
探究合力与分力的关系实验--平行四边形定则实验
探究合力与分力的关系——力的平行四边形定则实验目的： 1、探究合力与分力的关系－力的平行四边形定则2、会用弹簧秤和细线测出力的大小和方向实验原理：1、 使一个力F '的作用效果和两个力F 1、F 2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，力F '就是这两个力F 1和F 2的合力。
2、 作出力F '的图示，再根据平行四边形定则作出力F 1和F 2的合力F 的图示，比较F 和F '的大小和方向是否相同。
实验器材：_____________________________________________________________________ ____________________________________。
实验步骤：（1）在桌上平放方木板，用图钉把白纸钉在方木板上。
（2）用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A 点，在橡皮条的另一端拴上两根细绳套。
（3）用两个弹簧秤分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O 。
（在使用弹簧秤的时候，要注意使弹簧秤与木板平面平行。
）（4）用铅笔记下O 点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧秤的示数。
（5）用铅笔和刻度尺在白纸上从O 点沿着两条细绳的方向画直线，按着一定的标度作出两个力F 1和F 2的图示，以两个力为邻边做平行四边形，对角线即为理论上的合力F ，量出它的大小。
（6）只用一个弹簧秤，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样位置O ，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F ′的图示。
（7）比较力F ′与用平行四边形定则求得的合力F 的大小和方向，看它们是否相等。
实验结论 。
讨论与交流：1、由作图法得到的F 和实际测量得到的F ′有可能完全符合吗，为什么？2、本实验误差的主要来源是什么——弹簧秤本身的误差、读数误差、作图误差。
又应该如何减少实验误差？减小误差的方法：1．测力计使用前要校准零点。
力合成的平行四边形定则
力合成的平行四边形定则
力合成的平行四边形定则是一个物理学原理，它描述了两个及两个以上力的合成方法。
这个原理可以用以下方式表述：
当两个力（设为F1和F2）作用于同一物体上，并共线时，它们可以合成一个合力F。
合力的作用点位于这两个力所确定的直线上，其大小和方向可以用平行四边形的对角线来表示。
具体地说，如果以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，那么这两个邻边之间的对角线就代表合力F的大小和方向。
这个原理也可以用数学公式来表示，即合力F的大小等于两个分力F1和F2的平方和加上2倍的这两个分力的乘积的开方，方向垂直于这两个分力所在的直线。
具体公式是：F = sqrt(F1^2 + F2^2 + 2F1F2)。
这个原理适用于任何大小的力，包括宏观和微观粒子。
在物理学中，这个原理经常用于分析物体的运动和相互作用，是理解和解决许多物理问题的基础。
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探究2：力的合成的平行四边形定则1、在“验证力的平行四边形定则”的实验中，合力与分力的作用效果相同，这里作用效果是指( )A．弹簧测力计的弹簧被拉长 B．固定橡皮条的图钉受拉力产生形变C．细绳套受拉力产生形变 D．使橡皮条在同一方向上伸长到同一长度2、做“验证力的平行四边形定则”的实验，在水平放置的木板上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板的A点，橡皮条的另一端拴上两细绳套，如图1所示，两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度拉橡皮条使之伸长，到达某一位置O时需记下________、______，描下________，再用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条拉长，使结点到达位置________，再记下________．3、某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验时，主要步骤是：A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则作出合力F；E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论．上述步骤中：(1)有重要遗漏的步骤的序号是________和________；(2)遗漏的内容分别是和．4、如图2所示是甲、乙两位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示两个分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断________(填“甲”或“乙”)同学的实验结果是符合事实的．5、在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条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(如图3所示)．实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条．某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A．两根细绳必须等长B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行其中正确的是( )6、关于验证平行四边形定则的实验，请回答下列问题：(1)在该实验中，合力与分力的概念是一种_______的科学思想方法．(2)某同学在做该实验时，弹簧测力计平行于木板如图4(a)放置，然后记录力的大小和方向，请你指出这样操作的问题：_________________.(3)某同学完成该实验后得到的图形如图4(b)所示，图上所画的四个力中，由一个弹簧测力计拉橡皮条得到的力是________．图1 图2图3 图47、在做“互成角度的两个力的合成”实验时,橡 皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O 点,以下操作中错误的是 （ ）A.同一次实验过程中,O 点位置允许变动B.实验中,弹簧秤必须与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤刻度C.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O 点D.实验中,把橡皮条的另一端拉到O 点时,两弹簧秤之间夹角应取90°,便于算出合力的大小8、图5为“探究求合力的方法”的实验装置．(1)下列说法中正确的是( )A ．在测量同一组数据F 1、F 2和合力F 的过程中，橡皮条结点O 的位置不能变化B ．弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下C ．F 1、F 2和合力F 的大小都不能超过弹簧测力计的量程D ．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°(2)弹簧测力计的指针如图6所示，由图可知拉力的大小为________ N.9、将橡皮筋的一端固定在A 点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5 N 、最小刻度为0.1 N 的弹簧测力计.沿着两个不同的方向拉弹簧测力计.当橡皮筋的活动端拉到O 点时,两根细绳相互垂直,如图7所示.这时弹簧测力计的读数可从图7中读出.(1)由图7可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N 和 N. (2)在图8所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.10、在“验证力的平行四边形定则”中,采取下列哪些方法和步骤可减小实验误差 （ ）A.两个分力F1、F2间的夹角要适当大些B.两个分力F1、F2的大小要适当大些C.拉橡皮条的细绳要稍长一些D.实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住,平放在桌子上,向相反方向拉动,检查读数是否相同11、小明同学在学完力的合成与分解后,想在家里做实验验证力的平行四边形定则.他从学校的实验室里借来两只弹簧测力计,按如下步骤进行实验.A.在墙上贴一张白纸用来记录弹簧弹力的大小和方向B.在一只弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯, 记下静止时弹簧测力计的读数F.C.将一根大约30 cm 长的细线从纸带中穿过，再将细线两端拴在两只弹簧测力计的挂钩上.在靠近白纸处用手对称地拉开细线,使两只弹簧测力计的读数相等，在白纸上记下细线的方向和弹簧测力计的读数.如图9甲所示.D.在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示,如图乙所示,根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F ′.(1)在步骤C 中,弹簧测力计的读数为______N.(2)在步骤D 中,合力F ′=________N.(3)若_______________________________________,就可以验证力的平行四边形定则.图5 图6图7 图8 图912、（2011江苏10）某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。
弹簧测力计A 挂于固定点P ，下端用细线挂一重物M 。
弹簧测力计B 的一端用细线系于O 点，手持另一端向左拉，使结点O 静止在某位置。
分别读出弹簧测力计A 和B 的示数，并在贴于竖直木板的白 记录O 点的位置和拉线的方向。
(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N ，图中A 的示数为_______N 。
(2)下列不必要的实验要求是_________。
(请填写选项前对应的字母)(A)应测量重物M 所受的重力(B)弹簧测力计应在使用前校零(C)拉线方向应与木板平面平行(D)改变拉力，进行多次实验，每次都要使O 点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A 的指针稍稍超出量程，请你提出两个解决办法。
探究2：答案1、解析：合力与分力之间是等效替代关系，所以在实验中的作用效果相同是指橡皮条的伸长量相同且伸长到同一位置．答案：D2、解析：因验证力的平行四边形定则需根据力的大小和方向做平行四边形，所以必须记录力的大小和方向，为保证合力和分力的效果相同，两次必须使结点到达同一位置．答案：两弹簧测力计的读数 两细绳的方向 结点位置O O 点 弹簧测力计的读数和细绳的方向3、解析：根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C 、E.在C 中未记下两条细绳的方向，E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O.答案：(1)C E (2)C 中未记下两条细绳的方向 E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O4、解析：由题设可知，F 为F1和F2的合力，通过平行四边形定则所得，而F ′是F1和F2的等效力，即用一只弹簧测力计拉橡皮条时的拉力，显然F ′的方向应在细线的方向上，因甲同学F ′的方向与细绳在同一直线上，故甲同学是符合事实的．本题解答的焦点在F ′的方向的确定上．两位同学的实验结果都有误差，这是正常的，但乙同学很明显在F ′的方向的确定上违背了实验的要求，作图是错误的．答案：甲5、解析：该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果，不必要求两分力等大，故B 错；与两绳长短无关，A 错；但需使两分力与合力在同一平面内，故C 正确．6、答案：(1)等效替代(2)弹簧测力计的轴线与细线套不在同一直线上，导致测量数据不准确(3)F 应按照实验要求做好实验，重视实验中的几个注意点．本题中的F ′是以F1、F2为邻边所作的平行四边形的对角线，故F 是用一个弹簧测力计拉橡皮条得到的力．8、解析：(1)在测量同一组数据的过程中，橡皮条结点O 的位置不能变化，如果变化，即受力变化，所以A 选项正确；由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O ，定滑轮只能改变力的方向不能改变力的大小，所以弹簧测力计拉线的方向不一定要沿竖直方向，B 选项错误；弹簧测力计的使用，不能超过其量程，C 选项正确；两个拉力的方向合适即可，不宜太大，也不宜太小，但不一定为90°，所以D 选项错误．(2)考查弹簧测力计的读数．答案：(1)AC(2)4.00图1012、(1)3.6 (2)D (3)①改变弹簧测力计B拉力的大小；②减小重物M的质量（或将A更换为较大的测力计，改变弹簧测力计B拉力的方向）解析：(1)如图，弹簧测力计A的示数为3.6N；(2) “验证平行四边形定则”，只要验证每次FA、FB和Mg满足平行四边形即可，D不必要。
(3) 弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，说明拉弹簧测力计A的力大了，由力的平行四边形定则可得：改变弹簧测力计B拉力的大小；减小重物M的质量；改变弹簧测力计B拉力的方向，可以减小弹簧测力计A的拉力，或将A更换为较大的测力计。