第4节 力的合成和分解 第2课时 实验:探究两个互成角度的力的合成规律

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2.被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动小圆环时弹簧不可 与外壳相碰或摩擦。
3.在同一次实验中,使小圆环的位置 O 一定要相同。 4.在具体实验时,两分力 F1 和 F2 间夹角不宜过大,也不宜过小,以 60°~
120°之间为宜。 5.读数时应正视、平视刻度。 6.使用弹簧测力计测力时,读数应适当大些,但不能超出它的测量范围。
实验器材
方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、轻质小圆环、三角板、 刻度尺、图钉(若干),铅笔。
实验步骤与数据处理 1.用图钉把白纸钉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方木板上的 G 点,橡皮条的另一端挂
上小圆环,橡皮条的原长为 GE,如图甲所示。 3.用两个弹簧测力计分别勾住小圆环,用手通过两个弹簧测力计共同
[对点训练] 1.做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验时:
(1)下列器材必须要用的是________。
(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,另一端拴上两个细绳套,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_________________。
5.用铅笔和刻度尺在 O 点按选定的标度,画出 F、F1 和 F2 三个力的图 示,如图丁所示。
6.比较 F 是否是以 F1 和 F2 为邻边所作的平行四边形的对角线。 7.改变两个力 F1 和 F2 的大小和夹角,再重复实验两次。
误差分析
1.实验中,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引起系统误差。
(2)两条细绳是否等长,不会影响实验,A 错误;避免拉力和纸面 不平行,否则画出的力就不是实际作用力了,B 可以减小误差;细绳稍 长些,这样在描点画力的方向时,偏差小,误差小,C 正确;实验前调 节弹簧测力计,使两个弹簧测力计的读数相同,可以使弹簧测力计读数 准确,可以减小误差,D 正确。
[答案] (1)afdbec (2)BCD
完成下列填空: (1)上述步骤中,正确的顺序是__________(填写步骤前面的字母)。 (2)下列哪些措施能减小实验误差________。 A.两条细绳必须等长 B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行 C.拉橡皮条的细绳要稍长一些,标记同一条细绳的方向时两标记 点要适当远一些 D.实验前先把实验所用的两个弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在 桌面上,向相反方向拉动,检查读数是否相同,若不同,则进行调节使 之相同
律”,他找到 3 条相同的橡皮条(遵循胡克定律)和若干 小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、 钉子,设计了如下实验:将两条橡皮条的一端分别挂 在墙上的两个钉子 A、B 上,另一端与第三条橡皮条连接,结点为 O,将第 3 条橡皮条的另一端通过细绳挂一重物,如图所示。
(1)为完成实验,下列操作中必需的是________。 A.测量细绳的长度 B.测量橡皮条的原长 C.测量悬挂重物后橡皮条的长度 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)必需测量橡皮条的原长和悬挂重物后橡皮条的长度,这样才 能确定橡皮条的伸长量,确定各力的大小;还需记录悬挂重物后结点 O 的位置,同时记下 3 条橡皮条所在的方向,以便确定各拉力的方向, 根据平行四边形定则作出合力的图示。故必需的是 B、C、D。 (2)改变条件再次验证可采用更换不同的重物的方法。 答案:(1)BCD (2)更换不同的重物
[对点训练] 2.在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,用两个弹簧测 力计把橡皮条的端点拉到 O 处,如图所示已经作出拉力 F1、F2,图中方 格每边长度表示 1 N。
(1)用直尺、三角板作出 F1、F2 的合力后,由所作的图可知,F1、F2 的合力 F 大小为________N;
(2)用一个弹簧测力计把橡皮条的端点拉到 O 处,此时拉力为 F′。由 图可知,F′与 F 的大小、方向略有偏差,如果此偏差仅由 F1 的大小引起, 则引起偏差的原因是 F1 的大小比真实值偏______(填“大”或“小”)。
(3)在某次实验中,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。通过对 F 和 F′进行比 较,验证平行四边形定则。
解析:(1)实验中要作平行四边形,故需要用刻度尺,要通过弹簧测 力计拉伸橡皮条来显示力的大小。 (2)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。 (3)本实验中合力的理论值是通过作平行四边形得出,而合力的实验 值则是通过用一个弹簧测力计拉橡皮条使结点到达同一 O 点而直接 测得。 答案:(1)BC (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 弹簧测力计读数和细绳方向 (3)F F′
(3)该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力 FA、FB 的大小和方向 如图丙所示,请在图丙中作出 FA、FB 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:_________________________________________ ____________________________________________________________。
[解析] (1)先固定好白纸和橡皮条,两个弹簧测力计互成角度地拉 小圆环处于 O 点,记下两个力的大小和方向,由平行四边形定则画出 两个力的合力,然后用一个弹簧测力计拉小圆环仍然到 O 点,记下拉 力的大小和方向,与第一次的合力比较大小和方向,改变两个分力的大 小和夹角,重复实验。故实验步骤为 afdbec。
[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
Leabharlann Baidu微点拨] 实验数据处理的三点提醒: (1)弹簧测力计读数时要注意视线与刻度线垂直,还要注意刻度线 的精确度。 (2)应用坐标纸作力的合成图时,要注意标度的选择,力的大小要 与格数对应。 (3)比较合力的实验值与理论值时既要看两个线段的长度关系、还 要看其夹角。
2.两次测量拉力时,小圆环的位置不可能做到完全拉到同一点会造成 偶然误差。
3.两力 F1 和 F2 的夹角太小或太大,F、F1 和 F2 数值太小,应用平行 四边形定则作图时,会造成偶然误差。
注意事项
1.弹簧测力计使用前要检查指针是否指在零刻度线上,否则应校正零位 (无法校正的要记录下零误差)。还需用钩码检查弹簧测力计是否存在 示值误差,若存在,应加以校正。
d.记下两个弹簧测力计的示数 F1、F2 及小 圆环的位置,描下两条细绳的方向,在纸上按比 例作出力 F1 和 F2 的图示,用平行四边形定则求 出合力 F。
e.比较力 F′与 F,可以看出,它们在实验误差允许的范围内 是相等的。
f.把小圆环系在橡皮条的另一端,通过小圆环用两个弹簧测力 计互成角度地拉小圆环,橡皮条伸长,使小圆环到达某一位置 O。
(一)实验原理与操作 [典例1] 在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,有 下列实验步骤: a.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,把橡皮条的一 端固定在板上的 A 点。 b.只用一个弹簧测力计,通过弹簧测力计把小圆环拉到同样的位 置 O,记下弹簧测力计的示数 F′和细绳的方向,按同样比例作出力 F′ 的图示。 c.改变两个分力的大小和夹角,再做两次实验。
第 2 课时 实验:探究两个互成角度的力的合成规律
实验目的 1.练习用作图法求两个力的合力。 2.探究两个互成角度的力的合成规律。
实验原理 如果两个互成角度的力 F1、F2 作用于挂在橡皮条一端的小圆环上, 与只用一个力 F 作用于小圆环上都能使小圆环伸长到同一点,也就是 作用效果相同,则 F 为 F1 和 F2 的合力,用虚线把拉力 F 的箭头端分 别与 F1、F2 的箭头端连接,看所围成的形状是否为平行四边形。
(二)数据处理和误差分析 [典例2] 某同学用如图甲所示的装置做“探究两个互成角度的力的 合成规律”的实验。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;
互成角度地拉动小圆环至某点 O,橡皮条伸长的长度为 EO。记录 两弹簧测力计的读数 F1、F2,用铅笔描下 O 点的位置及此时两弹簧 测力计拉力 F1、F2 的方向,如图乙所示。
4.撤去 F1、F2,改用一个力 F 单独拉住小圆环,仍使它处于 O 点,橡 皮条伸长的长度仍为 EO,记录此时弹簧测力计的读数 F 和 F 的方 向,如图丙所示。
化,下列结论正确的是________。
A.逐渐增大
B.先增大后减小
C.逐渐减小
D.先减小后增大
解析:(1)③根据力的平行四边形定则计算
绳套 1 的拉力 F1′=Ftan 30°= 33F; (2)保持绳套 2 方向不变,绳套 1 从图示位
[微点拨] 本实验题的创新点为: (1)原理创新:应用三力平衡验证力的合成规律遵从平行四边形定则。 (2)器材创新:三条相同的橡皮条可以保证三个力的大小不用直接测 量,而是测量三条橡皮条的伸长量即可。
创新点(二) 实验器材、数据处理的创新 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,另一端系绳套 1 和绳套 2。 (1)主要实验步骤如下: ①弹簧测力计挂在绳套 1 上竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到 达 O 处,记下弹簧测力计的示数 F; ②弹簧测力计挂在绳套 1 上,手拉着绳套 2,缓慢拉橡皮筋,使橡 皮筋的结点到达 O 点,此时绳套 1 沿 0°方向,绳套 2 沿 120°方向, 记下绳套 1 弹簧测力计的示数 F1;
解析:(1)以 F1、F2 为邻边,作出平行四边形,如图所示:
由图可知:合力为 F=1×7 N=7 N。 (2)合力 F′与 F 的大小、方向略有偏差,如果此偏差仅由 F1 引起, 由图可知 F1 与 F′的夹角比 F1 与 F 的大,故 F1 的大小比真实值偏大。 答案:(1)7 (2)大
创新点(一) 实验原理、实验器材的创新 1.某同学在家中尝试“探究两个互成角度的力的合成规
[微点拨] 实验操作的四点提醒: (1)在同一次实验中,使用两个弹簧测力计同时拉与一个测力计单 独拉时,应把小圆环拉到相同的位置。 (2)在实验时,两分力 F1 和 F2 间夹角不宜过大,也不宜过小,以 60°~120°之间为宜。 (3)使用弹簧测力计测力时,读数应适当大些,但不能超出它的测 量范围。 (4)拉橡皮条的细绳要稍长一些,标记同一条细绳的方向时两标记 点要适当远一些。
③根据力的平行四边形定则,计算此时绳套 1 的拉力 F1′=
________F;
④比较 F1 和 F1′,即可初步验证力的平行四边形定则;
⑤只改变绳套 2 的方向,重复上述实验步骤。
(2)保持绳套 2 方向不变,绳套 1 从图示位置向下缓慢转动 90°,此
过程中保持橡皮筋的结点在 O 处不动,关于绳套 1 的拉力大小的变
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