（北京版）2021高考物理一轮复习 第二章 相互作用 第7讲 实验：探究两个互成角度的力的合成规律课

第7讲实验：探究两个互成角度的力的合成规律知识梳理实验装置 实验原理一个力F'的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到①同一点,所以力F'就是这两个力F1和F2的合力。作出力F'的图示并根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示,比较F和F'的大小和方向是否相同,若相同,则说明互成角度的两个力合成时遵循②平行四边形定则。 1.(多选)在做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点。以下操作中不正确的是 (ACD)A.同一实验过程中,O点位置允许变动B.实验中,弹簧测力计必须与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计刻度C.实验中,先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大测量值,然后只需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向,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,两弹簧测力计之间的夹角应取90°,以便于算出合力的大小解析从橡皮条固定点到O点的连线,是合力的作用线方向,如果O点变动,那么合力的大小或方向就要变化,就不能验证力的平行四边形定则,故A选项错;C选项中,因一个弹簧测力计已拉到最大测量值,再通过另一个弹簧测力计拉橡皮条到O点时,每一个弹簧测力计都可能超过最大测量值,造成损坏,或读数不准,故C选项错;互成角度的两个力的合成,是利用平行四边形定则进行合成,两弹簧测力计之间的夹角不必一定成90°角,故D选项错。2.在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,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。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,如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整:(1)用铅笔描下结点位置,记为O;(2)记录两个弹簧测力计的示数F1和F2,沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点,用刻度尺把相应的点连成线;(3)只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O,记录弹簧测力计的示数F3,;(4)按照力的图示要求,作出拉力F1、F2、F3;(5)根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F;(6)比较的一致程度,若有较大差异,对其原因进行分析,并作出相应的改进后再次进行实验。答案(3)见解析(6)F和F3解析(3)沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点,用刻度尺把这些点连成线。(6)为了验证力的平行四边形定则,需比较合力F与拉力F3是否一致。深化拓展考点实验的注意事项与数据处理1.注意事项(1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:将两只弹簧测力计钩好后对拉,若两只弹簧测力计在对拉的过程中,读数相同,则可选,若不同,应另换,直至相同为止,实验时弹簧测力计与板面平行;(2)在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减小误差;(3)画力的图示时,应该选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,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;(4)在同一次实验中,拉长的橡皮条的结点O位置一定要相同。2.数据处理由作图法得到的F与实际测量得到的F'不可能完全重合,但在误差允许范围内可认为F和F'重合。 在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,某同学按照如下步骤进行操作: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形成结点,细绳的另一端系着绳套;c.如图甲,用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使结点到达某一位置O,记录结点位置和两个弹簧测力计的示数、两条细绳的方向;d.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边作平行四边形,画出它们所夹的对角线F;e.只用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条,;并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。(1)请把步骤e中的内容补充完整。(2)本实验中步骤c和e两次拉橡皮条的过程,主要体现了下列哪种科学方法。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(3)(多选)下列操作有利于减小实验误差的是(填字母代号)。A.实验前将两弹簧测力计调零后水平互钩对拉,选择两个读数相同的弹簧测力计B.拴在橡皮条上的两条细绳必须等长,并且要尽量长一些C.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行D.用两弹簧测力计同时拉橡皮条时,两弹簧测力计的示数之差应尽可能大E.在记录力的方向时,标记同一细绳方向的两点要远些(4)图乙是该同学在白纸上根据实验数据用同一标度画出的图示,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。(5)若小明和小刚两位同学在家中想探究两个互成角度力的合成规律,他们手中有一些弹性橡皮条(弹力满足胡克定律,劲度系数为k)。如图丙所示,他们将三根橡皮条的一端系在一起,另一端分别系上细绳,仍保证橡皮条原长相同,测得原长L0=5.40cm。接下来把贴有白纸的木板放在水平桌面上,两人合作平行于纸面分别通过细绳拉三根橡皮条至某一长度(在弹性限度内),保持状态不变;如图丁所示,记录此时结点位置和三根橡皮条另一端的位置,量出三个端点到结点O的距离分别为L1=9.20cm、L2=8.40cm、L3=7.50cm。请根据他们的实验过程和记录的数据作出验证力的平行四边形定则的图示,并说明是如何验证的。 丙丁答案(1)把橡皮条的结点拉到同一位置O,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向(2)B(3)ACE(4)F'(5)如图所示 分析说明:将任意一个力反向延长至等大,由平衡条件可知这就是另外两力的合力;比较它与用平行四边形定则作出的另外两个力的合力的大小和方向,若近似相同即可验证平行四边形定则。解析(1)为保证两次拉动橡皮条的效果相同,需使两次绳套跟橡皮条的结点到达同一个位置,并及时记录力的大小和方向。(2)本实验中,一个弹簧测力计的作用效果跟两个弹簧测力计共同作用的效果相同,是典型的等效替代。(3)细绳长些有利于标定力的方向,但不必等长,故B项错误;为减小读数误差,弹簧测力计的示数可适当大些,而非示数之差较大,故D项错误。(4)由二力平衡条件易知F'沿AO方向。(5)由胡克定律可知橡皮条的弹力跟伸长量成正比,所以橡皮条的伸长量反映橡皮条的拉力,故可用橡皮条的伸长量代替弹力。