3.4实验：探究两个互成角度的力的合成方法（第2课时）学案－2021年粤教版（新教材）物理必修第一册

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1、第第 2 2 课时课时 实验实验：探究两个互成角度的力的合成方法探究两个互成角度的力的合成方法 学习目标 1.练习用作图法求两个力的合力.2.掌握探究两个互成角度的力的合成方法. 一、实验仪器 力的关系探究装置、弹簧测力计(两个)、三角板、刻度尺、铅笔. 二、实验思路 (1)合力 F的确定：一个力 F可以使汇力圆环与平板上的定位圆重合，两个力 F1、F2共同作用，也能使 汇力圆环与平板上的定位圆重合，则 F与 F1和 F2共同作用效果相同，则 F是 F1和 F2的合力. (2)合力 F 与分力 F1、F2的关系：作出力 F1、F2及 F 的图示，提出猜想，进行验证. 三、实验步骤 (1)如图

2、1 所示，将夹子夹在“力的关系探究装置”的“0”号射线顶端. 图 1 (2)如图 2(a)所示，分别将弹簧测力计连接在两根细绳的末端，沿任意两条射线方向拉细绳，使汇力圆环与 平板上的定位圆重合.用铅笔在平板上记下这两个拉力的大小和方向. 图 2 (3)如图(b)所示，直接用一个弹簧测力计去拉细绳，同样使汇力圆环与平板上的定位圆重合，用铅笔在平板 上记下这个拉力的大小和方向. (4)在平板上用力的图示法作出三个力，如图 3 所示，观察这三个力所构成的几何图形. 图 3 (5)改变第(2)步中两个拉力的大小和方向，重复上述实验步骤. (6)得出结论：如果以表示两个分力的线段为邻边作平行四边形，这两

3、个邻边之间的对角线就表示合力的大 小和方向，这就是求合力的平行四边形定则. 四、注意事项 (1)汇力圆环位置 每次实验中均使汇力圆环与平板上的定位圆重合，判断是否重合时，视线要与板面垂直. (2)拉力 用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向；应使橡皮筋、弹簧测力计和汇力圆环位于与 平板平行的同一平面内. (3)作图 在同一次实验中，选定的比例要相同； 所作的图要尽量大些. 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校零会造成误差. 2.实验时弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间有摩擦力存在会造成误差. 3.两次测量拉力时，汇力

4、圆环没有拉到与定位圆重合会造成偶然误差. 一、实验原理与操作 在“探究两个互成角度的力的合成方法”实验中，某同学利用力的关系探究装置进行操作，他先用 两个弹簧测力计分别沿 4、7 号射线方向拉细绳，当汇力圆环与平板上的定位圆重合时，两弹簧测力计的读 数如图 4 甲所示.当用一个弹簧测力计去拉细绳时，仍使汇力圆环与平板上的定位圆重合，此时细绳沿 6 号 射线方向，且弹簧测力计的读数 F2.60 N，如图乙所示. 图 4 (1)由图甲可读出两个相互垂直的拉力的大小分别为 F1 N 和 F2 N. (2)在图丙上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力 F. 答案 (1)2.10 1.30 (2)如图

5、所示 某同学用如图 5 所示装置做“探究两个互成角度的力的合成方法”的实验，橡皮筋的一端固定在水 平木板上的 P 点， 另一端系有两个绳套.实验中先用两个弹簧测力计分别钩住绳套， 并互成角度地拉橡皮筋， 将橡皮筋拉至某一位置 O.再只用一个弹簧测力计，通过绳套把橡皮筋拉到与前面相同的位置 O. 图 5 (1)为完成该实验，下述必须有的步骤是 .(填正确选项前的字母) A.测量细绳的长度 B.测量橡皮筋的原长 C.记录弹簧测力计的示数 D.记录结点 O 的位置 E.通过细绳记录拉力的方向 (2)下列关于操作过程的说法正确的是 .(填正确选项前的字母) A.橡皮筋、弹簧测力计和细绳应位于与木板平行

6、的同一平面内 B.两细绳之间的夹角一定要取 90 ，以便计算合力的大小 C.拉橡皮筋的细绳要短一些，标记同一细绳方向的两点要近一些 D.弹簧测力计的示数适当大些有利于减小误差 E.同一次实验中，用一只弹簧测力计拉橡皮筋时，结点的位置必须与用两只弹簧测力计拉时的位置重合 (3)“探究两个互成角度的力的合成方法”的实验情况如图 6 甲所示，其中 A 为固定橡皮筋的图钉，O 为橡 皮筋与细绳的结点，OB 和 OC 为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图. 图 6 图乙中的 F 与 F两力中，方向一定沿 AO 方向的是 . 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

7、 D.建立物理模型法 答案 (1)CDE (2)ADE (3)F B 实验操作中的注意事项 1.同一次实验中橡皮筋拉长后的结点 O 必须位于同一位置. 2.两个分力 F1、F2间的夹角 不要太大或太小.F1、F2所拉的两根细绳适当长一些，记录细绳方向的两点要 尽量远些. 二、实验数据处理 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为 x 轴，纵轴为 y 轴，最小刻 度表示 1 mm)的纸贴在桌面上， 如图 7(a)所示.将橡皮筋的一端 Q 固定在 y 轴上的 B 点(位于图示部分之外)， 另一端 P 位于 y 轴上的 A 点时，橡皮筋处于原长. (1)用一只测力计将橡皮筋的

8、 P 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 O， 此时拉力 F 的大小可由测力计读出.测力计 的示数如图(b)所示，F 的大小为 N. (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋 P 端回到 A 点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将 P 端拉至 O 点.此时 观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为 F14.2 N 和 F25.6 N. ()用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以 O 点为作用点，在图(a)中画出力 F1、F2的图示，然后按平行四 边形定则画出它们的合力 F合； 图 7 ()F合的大小为 N，F合与拉力 F 的夹角的正切值为 . 若 F合与拉力 F 的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内， 则该实验验证了力的平行四边形定则. 答案 (1)4.0 (2)()见解析图 ()4.0 0.05 解析 (1)由题图(b)可知，F 的大小为 4.0 N. (2)()F1长度为 21 mm，F2长度为 28 mm，画出力 F1、F2及 F合的图示，如图所示. ()用刻度尺量出 F合的线段长约为 20 mm，所以 F合大小为 4.0 N，量出合力箭头处到 y 轴的距离和所作合 力在 y 轴投影的长度，则 F合与拉力 F 的夹角的正切值为 0.05.