實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律[學習目標]1.練習用作圖法求兩個力的合力.2.探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律．一、實驗原理1．合力F′的確定：兩個力F1、F2共同作用，能把橡皮條末端小圓環(huán)拉到某點，一個力F′也可以把橡皮條末端的小圓環(huán)拉到同一點，則F′與F1和F2共同作用的效果相同，則F′是F1和F2的合力．2．合力理論值F的確定：根據(jù)平行四邊形定則作出F1和F2的合力F的圖示，求出合力的理論值F.3．在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，比較F′和F是否大小相等、方向相同．二、實驗器材方木板、白紙、彈簧測力計(兩個)、橡皮條、細繩、輕質(zhì)小圓環(huán)、三角板、刻度尺、圖釘(若干)、鉛筆．三、實驗步驟1．在方木板上用圖釘固定一張白紙，如圖1甲所示，用圖釘把橡皮條的一端固定在木板上A點，在橡皮條的另一端掛上輕質(zhì)小圓環(huán)．圖12．用兩個彈簧測力計分別鉤住小圓環(huán)，互成角度地拉橡皮條，將小圓環(huán)拉到某位置O，用鉛筆描下小圓環(huán)O的位置和拉線的方向，并記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)．3．用一個彈簧測力計拉橡皮條，將小圓環(huán)拉到同一位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)和拉線的方向．4．如圖乙所示，利用刻度尺和三角板，按適當?shù)谋壤鞒鲇脙蓚€彈簧測力計拉時的拉力F1和F2的圖示以及用一個彈簧測力計拉時的拉力F′的圖示，以F1、F2為鄰邊畫出平行四邊形，并畫出對角線F.5．比較F與F′的大小和方向，看它們在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相同，從而驗證平行四邊形定則．四、注意事項1．彈簧測力計使用前要檢查指針是否指在零刻度線上，否則應校零．2．被測力的方向應與彈簧測力計軸線方向一致，拉動小圓環(huán)時彈簧不可與外殼相碰或摩擦．3．在同一次實驗中，小圓環(huán)的位置O一定要相同．4．在具體實驗時，兩分力F1和F2間夾角不宜過大，也不宜過小，以60°～120°之間為宜．5．讀數(shù)時應正視、平視刻度．6．使用彈簧測力計測力時，讀數(shù)應適當大些，但不能超出它的測量范圍.一、實驗原理與操作在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗中，有下列實驗步驟：a．在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上的A點，如圖2所示．圖2b．只用一個彈簧測力計，通過彈簧測力計把小圓環(huán)拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的示數(shù)F′和細繩的方向，按同樣比例作出力F′的圖示．c．改變兩個分力的大小和夾角，再做兩次實驗．d．記下兩個彈簧測力計的示數(shù)F1、F2及小圓環(huán)的位置，描下兩條細繩的方向，在紙上按比例作出力F1和F2的圖示，用平行四邊形定則求出合力F.e．比較力F′與F，可以看出，它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是相等的．f．把小圓環(huán)系在橡皮條的另一端，通過小圓環(huán)用兩個彈簧測力計互成角度地拉小圓環(huán)，橡皮條伸長，使小圓環(huán)到達某一位置O.完成下列填空：(1)上述步驟中，正確的順序是________(填寫步驟前面的字母)．(2)下列哪些措施能減小實驗誤差________．A．兩條細繩必須等長B．彈簧測力計、細繩、橡皮條都應與木板平面平行C．拉橡皮條的細繩要稍長一些，標記同一條細繩的方向時兩標記點要適當遠一些D．實驗前先把實驗所用的兩個彈簧測力計的掛鉤相互鉤住平放在桌面上，向相反方向拉動，檢查讀數(shù)是否相同，若不同，則進行調(diào)節(jié)使之相同答案(1)afdbec(2)BCD解析(1)先固定好白紙和橡皮條，兩個彈簧測力計互成角度地拉小圓環(huán)到O點，記下兩個力的大小和方向，由平行四邊形定則畫出兩個力的合力，然后用一個彈簧測力計拉小圓環(huán)仍然到O點，記下拉力的大小和方向，與第一次的合力比較大小和方向，改變兩個分力的大小和夾角，重復實驗．故實驗步驟為afdbec.(2)兩條細繩是否等長，不會影響實驗，A錯誤；拉力應和木板平面平行，否則畫出的力就不是實際作用力了，B正確；細繩應稍長些，這樣在描點畫力的方向時，偏差小，誤差小，C正確；實驗前調(diào)節(jié)彈簧測力計，使兩個彈簧測力計的讀數(shù)相同，可以使彈簧測力計讀數(shù)準確，可以減小誤差，D正確．(2020·北京市東城區(qū)高一上期末)某同學用如圖3所示裝置做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗，橡皮筋的一端固定在水平木板上的P點，另一端系有兩個繩套．實驗中先用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮筋，將橡皮筋拉至某一位置O.再只用一個彈簧測力計，通過繩套把橡皮筋拉到與前面相同的位置O.圖3(1)為完成該實驗，下述必須有的步驟是________．(填正確選項前的字母)A．測量細繩的長度 B．測量橡皮筋的原長C．記錄彈簧測力計的示數(shù) D．記錄結(jié)點O的位置E．通過細繩記錄拉力的方向(2)下列關(guān)于操作過程的說法正確的是________．(填正確選項前的字母)A．橡皮筋、彈簧測力計和細繩應位于與木板平行的同一平面內(nèi)B．兩細繩之間的夾角一定要取90°，以便計算合力的大小C．拉橡皮筋的細繩要短一些，標記同一細繩方向的兩點要近一些D．彈簧測力計的示數(shù)適當大些有利于減小誤差E．同一次實驗中，用一只彈簧測力計拉橡皮筋時，結(jié)點的位置必須與用兩只彈簧測力計拉時的位置重合(3)“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗情況如圖4所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結(jié)點，OB和OC為細繩．圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖．圖4①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．建立物理模型法答案(1)CDE(2)ADE(3)①F′②B二、實驗數(shù)據(jù)處理某探究小組做“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1mm)的紙貼在桌面上，如圖5(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(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為________N.(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點，現(xiàn)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向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1＝4.2N和F2＝5.6N.(ⅰ)用5mm長度的線段表示1N的力，以O點為作用點，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5(ⅱ)F合的大小為________N，F(xiàn)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(nèi)，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則．答案(1)4.0(2)(ⅰ)見解析圖(ⅱ)4.00.05解析(1)由題圖(b)可知，F(xiàn)的大小為4.0N.(2)(ⅰ)F1長度為21mm，F(xiàn)2長度為28mm，畫出力F1、F2及F合的圖示，如圖所示．(ⅱ)用刻度尺量出F合的線段長約為20mm，所以F合大小為4.0N，量出合力箭頭處到y(tǒng)軸的距離和所作合力在y軸投影的長度，則F合與拉力F的夾角的正切值為0.05.1．(2020·徐州市高一上期末)某同學用如圖1所示的實驗裝置探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律．彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.手持彈簧測力計B，水平向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置．分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和細線的方向．下列不必要的實驗要求是()圖1A．應測量重物M所受的重力B．彈簧測力計應在使用前校零C．細線方向應與木板平面平行D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置答案D2．在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗中，用兩個彈簧測力計把橡皮條的端點拉到O處，如圖2所示已經(jīng)作出拉力F1、F2，圖中方格每邊長度表示1N.圖2(1)用直尺、三角板作出F1、F2的合力后，由所作的圖可知，F(xiàn)1、F2的合力F大小為______N.(2)用一個彈簧測力計把橡皮條的端點拉到O處，此時拉力為F′.由圖可知，F(xiàn)′與F的大小、方向略有偏差，如果此偏差僅由F1的大小引起，則引起偏差的原因是F1的大小比真實值偏________(選填“大”或“小”)．答案(1)7(2)大解析(1)以F1、F2為鄰邊，作出平行四邊形，如圖所示：由圖可知：合力為F＝1×7N＝7N.(2)合力F′與F的大小、方向略有偏差，如果此偏差僅由F1引起，由圖可知F1與F′的夾角比F1與F的大，故F1的大小比真實值偏大．3．某研究小組做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗，所用器材有：方木板一塊、白紙、量程為5N的彈簧測力計兩個、橡皮條(帶兩個較長的細繩套)、刻度尺、圖釘(若干個)．(1)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方木板上的A點，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．用兩個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(jié)點到達某一位置O，記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)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和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力FE．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(shù)，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(jié)論上述步驟中：①有重要遺漏的步驟的序號是________和________．②遺漏的內(nèi)容分別是________________________和________________________．(2)該小組的同學用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標注信息有結(jié)點位置O、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如圖所示．其中對于提高實驗精度最有利的是________．答案(1)①CE②記下兩條細繩套的方向把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O(2)B解析(1)①根據(jù)“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗的操作步驟可知，有重要遺漏的步驟的序號是C和E.②在C中未記下兩條細繩套的方向，E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O.(2)為了提高實驗精度，彈簧測力計讀數(shù)盡可能大一些，標注細繩方向的兩點盡可能遠一點，標度盡可能小一些，兩力F1、F2夾角不宜過大或過小，故選B.4．某同學用如圖3甲所示的裝置“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”．將一木板豎直放在鐵架臺和輕彈簧所在平面后，其部分實驗操作如下，請完成下列相關(guān)內(nèi)容：圖3(1)如圖甲，在木板上記下懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置O；(2)卸下鉤碼然后將兩細繩套系在彈簧下端，用兩彈簧測力計將輕彈簧末端拉到同一位置O，記錄細繩套AO、BO的________及兩彈簧測力計相應的讀數(shù)．圖乙中B彈簧測力計的讀數(shù)為________N；(3)該同學在坐標紙上畫出兩