實(shí)驗(yàn)三探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.會(huì)使用彈簧測(cè)力計(jì).2.探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律.二、實(shí)驗(yàn)原理如圖所示,分別用一個(gè)力F、互成角度的兩個(gè)力F1和F2,使同一條一端固定的橡皮條伸長(zhǎng)到同一點(diǎn)O,即伸長(zhǎng)量相同,根據(jù)合力的定義,F為F1和F2的合力,作出力F及F1、F2的圖示,分析F、F1和F2的關(guān)系.三、實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)(兩個(gè))、橡皮條、小圓環(huán)、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(若干)、鉛筆.四、實(shí)驗(yàn)步驟1.裝置安裝:在方木板上用圖釘固定一張白紙,如圖甲所示,輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端,橡皮條另一端固定,橡皮條的原長(zhǎng)為GE.2.兩力拉:如圖乙所示,在小圓環(huán)上系上兩個(gè)細(xì)繩套,用手通過(guò)兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地共同拉動(dòng)小圓環(huán),小圓環(huán)處于O點(diǎn),橡皮條伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度為EO.用鉛筆描下O點(diǎn)位置、細(xì)繩套的方向,并記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2.3.一力拉:如圖丙所示,改用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)單獨(dú)拉住小圓環(huán),仍使它處于O點(diǎn),記下細(xì)繩套的方向和彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F.4.重復(fù)實(shí)驗(yàn):改變拉力F1和F2的大小和方向,重做幾次實(shí)驗(yàn).五、數(shù)據(jù)處理1.用鉛筆和刻度尺從點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出F1、F2和F的圖示.2.以F1和F2為鄰邊,用刻度尺作平行四邊形,過(guò)O點(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線,此對(duì)角線代表的力記為F',如圖丁所示.3.分析多次實(shí)驗(yàn)得到的多組數(shù)據(jù),比較F與F'在誤差允許的范圍內(nèi)是否完全重合,從而總結(jié)出兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律——平行四邊形定則.六、誤差分析1.讀數(shù)誤差彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)在允許的情況下,盡量大一些,讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視,要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄.2.作圖誤差(1)點(diǎn)O的位置和拉力的方向畫得不準(zhǔn)確,作圖比例不恰當(dāng)、不準(zhǔn)確等造成作圖誤差.(2)兩個(gè)力F1、F2的夾角太大或太小,導(dǎo)致作圖產(chǎn)生較大誤差.七、注意事項(xiàng)1.同一次實(shí)驗(yàn)中的兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì):將兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后互鉤對(duì)拉,兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)應(yīng)相同;若讀數(shù)不同,應(yīng)調(diào)整或更換,直至讀數(shù)相同為止.2.在同一次實(shí)驗(yàn)中,使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí),O點(diǎn)位置一定要相同.3.用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時(shí),夾角不宜太大也不宜太小,在60°~100°之間為宜.4.應(yīng)注意使彈簧測(cè)力計(jì)與木板平行,并使細(xì)繩套與彈簧測(cè)力計(jì)的軸線在同一條直線上,避免彈簧測(cè)力計(jì)的外殼與彈簧測(cè)力計(jì)的限位卡之間有摩擦.在不超過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)量程及橡皮條彈性限度的前提下,拉力的數(shù)值盡量大些.讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度.5.細(xì)繩應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些,便于確定拉力的方向.不要直接沿細(xì)繩的方向畫直線,應(yīng)在細(xì)繩末端用鉛筆畫一個(gè)點(diǎn),再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連接,即可確定拉力的方向.6.在同一次實(shí)驗(yàn)中,畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同,并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度,使所作力的圖示稍大一些.例1[2024·海南卷]為驗(yàn)證兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律,某組同學(xué)用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、木板、刻度尺、白紙、鉛筆、細(xì)線和圖釘?shù)绕鞑?按照如下實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn):a.用圖釘將白紙固定在水平木板上;b.如圖甲、乙所示,橡皮條的一端固定在木板上的G點(diǎn),另一端連接輕質(zhì)小圓環(huán),將兩細(xì)線系在小圓環(huán)上,細(xì)線另一端系在彈簧測(cè)力計(jì)上,用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)共同拉動(dòng)小圓環(huán)到某位置,并標(biāo)記圓環(huán)的圓心位置為O點(diǎn),拉力F1和F2的方向分別過(guò)P1和P2點(diǎn),大小分別為F1=3.60N、F2=2.90N;撤去拉力F1和F2,改用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)小圓環(huán),使其圓心到O點(diǎn),在拉力F的方向上標(biāo)記P3點(diǎn),拉力的大小為F=5.60N.請(qǐng)完成下列問(wèn)題:(1)在圖乙中按照給定的標(biāo)度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F'.(2)比較F和F',寫出可能產(chǎn)生誤差的兩點(diǎn)原因

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變式[2024·山東濱州模擬]某中學(xué)研究小組的同學(xué)們用一只彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器等器材做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn).設(shè)計(jì)的裝置如圖所示,固定在豎直木板上的量角器直邊水平,橡皮筋一端固定在量角器圓心正下方的A點(diǎn),另一端系著繩套1和繩套2.(已知:sin37°=0.6,cos37°=0.8)(1)實(shí)驗(yàn)步驟如下:①將彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上,豎直向上拉橡皮筋,使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn),記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F;②將彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上,手拉著繩套2.緩慢拉橡皮筋,使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn),此時(shí)繩套1沿0°方向,繩套2沿127°方向,如圖所示,記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1;③根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算②中繩套1的拉力大小F1'=(用F表示);

④比較F1與(選填“F”或“F1'”)的大小,即可驗(yàn)證力的平行四邊形定則.

(2)下列實(shí)驗(yàn)要求中正確的是.

A.在實(shí)驗(yàn)前彈簧測(cè)力計(jì)不需要進(jìn)行校零B.彈簧測(cè)力計(jì)軸線、細(xì)繩、橡皮筋應(yīng)與木板平面平行C.與兩繩套相連的細(xì)繩之間的夾角越大越好D.改變拉力,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次都要使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)靜止在O點(diǎn)位置(3)現(xiàn)保持繩套1及結(jié)點(diǎn)在O點(diǎn)位置不變,如圖所示.繩套2沿逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)27°,繩套2的拉力的變化情況是.

A.逐漸增大 B.先增大后減小C.逐漸減小 D.先減小后增大在“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,試題往往避開課本中固定的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?另辟蹊徑,通過(guò)變換實(shí)驗(yàn)裝置,變換操作方法,達(dá)到驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的目的,常見(jiàn)以下創(chuàng)新點(diǎn).創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新(1)用傳感器代替彈簧測(cè)力計(jì),可以直接讀出力的大小(2)在力的合成圖示中,應(yīng)用相似三角形知識(shí)驗(yàn)證平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新(1)只有一只彈簧測(cè)力計(jì),兩次互換測(cè)量分力的大小(2)控制繩套結(jié)點(diǎn)始終在結(jié)點(diǎn)O,利用等間距的同心圓來(lái)作圖,表示力的大小實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新(1)探究拉伸過(guò)程對(duì)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(dòng)重物,對(duì)應(yīng)不同的軌跡考向一實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新例2[2024·河北邯鄲模擬]某同學(xué)利用如圖甲所示裝置做“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)步驟如下:①將力傳感器P通過(guò)一根輕質(zhì)細(xì)繩提起重物保持靜止,記下P的示數(shù)F;②將力傳感器P、Q分別固定在左右兩側(cè)桿上,與P、Q相連的兩根輕質(zhì)細(xì)繩OA、OB連接的結(jié)點(diǎn)O處用輕繩OC系上同一重物.系統(tǒng)靜止后,記下O點(diǎn)位置和P、Q的示數(shù)F1、F2及三細(xì)繩的方向OA、OB、OC;③在白紙上從O點(diǎn)沿OC反向延長(zhǎng)作有向線段OC',以O(shè)C'為對(duì)角線作平行四邊形OA'C'B',如圖乙所示.用毫米刻度尺測(cè)出線段OA'、OB'、OC'的長(zhǎng)度分別為l1、l2、l.④調(diào)整力傳感器Q的位置,重復(fù)以上步驟.回答下列問(wèn)題:(1)下列做法有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是.

A.調(diào)整力傳感器Q的位置時(shí),必須保證結(jié)點(diǎn)O的位置不變B.兩側(cè)桿必須用鉛垂線調(diào)整為豎直放置,不能左右傾斜C.記錄細(xì)繩方向時(shí),選取相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)D.兩個(gè)細(xì)繩間夾角適當(dāng)大一些(2)在誤差允許的范圍內(nèi),若l1、l2、l與F1、F2、F滿足關(guān)系式,則能夠證明力的合成遵循平行四邊形定則.

(3)某次實(shí)驗(yàn)中,若平衡時(shí)兩細(xì)繩OA、OB互相垂直,保持OB繩和結(jié)點(diǎn)O的位置不動(dòng),取下力傳感器P,將細(xì)繩OA繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度,此過(guò)程中OA繩的拉力(選填“變大”“變小”或“不變”).

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考向二實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新例3[2024·湖北襄陽(yáng)模擬]某同學(xué)在如圖甲所示裝置,用量程為0~5N的彈簧測(cè)力計(jì),測(cè)量一個(gè)超出其量程的物體的重力:(1)將表面印有等距圓環(huán)的白紙固定在豎直放置的木板上;(2)三根細(xì)線分別與彈簧測(cè)力計(jì)一端、一個(gè)圖釘、待測(cè)重物相連,彈簧測(cè)力計(jì)的另一端固定,通過(guò)改變圖釘在木板的位置調(diào)節(jié)細(xì)線OB,使細(xì)線的結(jié)點(diǎn)O與圓環(huán)的圓心位置重合;(3)標(biāo)出OA、OB、OC的拉力方向,記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為N;

(4)根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件和平行四邊形定則,用“力的圖示”在圖乙中作出OA、OB拉力的合力,由作圖結(jié)果可得重物的重力為N(結(jié)果保留一位小數(shù)).

(5)保持結(jié)點(diǎn)O和圖釘?shù)奈恢貌蛔?將彈簧測(cè)力計(jì)從圖甲所示位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到水平位置的過(guò)程中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)將.

A.逐漸增大 B.先增大后減小C.逐漸減小 D.先減小后增大[反思感悟]

考向三實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新例4小明通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則.(1)實(shí)驗(yàn)記錄紙如圖甲所示,O點(diǎn)為橡皮筋被拉伸后伸長(zhǎng)到的位置,兩彈簧測(cè)力計(jì)共同作用時(shí),拉力F1和F2的方向分別過(guò)P1和P2點(diǎn);一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí),拉力F3的方向過(guò)P3點(diǎn).三個(gè)力的大小分別為:F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.75N.請(qǐng)根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出F1和F2的合力.(2)仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn),小明懷疑實(shí)驗(yàn)中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果.他用彈簧測(cè)力計(jì)先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長(zhǎng)度,發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同,于是進(jìn)一步探究了拉伸過(guò)程對(duì)橡皮筋彈性的影響.實(shí)驗(yàn)裝置如圖乙所示,將一張白紙固定在豎直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O點(diǎn),下端N掛一重物.用與白紙平行的水平力緩慢地移動(dòng)N,在白紙上記錄下N的軌跡.重復(fù)上述過(guò)程,再次記錄下N的軌跡.兩次實(shí)驗(yàn)記錄的軌跡如圖丙所示,過(guò)O點(diǎn)作一條直線與軌跡交于a、b兩點(diǎn),則實(shí)驗(yàn)中橡皮筋分別被拉伸到a