【物理教案】2021江苏高考物理：第二章实验三探究两个互成角度的力的合成规律

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实验三　探究两个互成角度的力的合成规律

1．实验原理

互成角度的两个力 F1、F2与另外一个力 F′产生相同的效果，看 F1、F2用平行四边形定则

求出的合力 F与F′在实验误差允许范围内是否相同．

2．实验器材

木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、铅笔．

3．实验步骤

(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上．

(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到

达某一位置 O.如图 1甲所示．

图1

(3)用铅笔描下结点 O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺

和三角板根据平行四边形定则求出合力 F.

(4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置 O，记下弹簧

测力计的读数 F′和细绳的方向，如图乙所示．

(5)比较 F′与用平行四边形定则求得的合力 F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同．

1．正确使用弹簧测力计

(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调

校，直至相同为止．

(2)使用时，读数应尽量大些，但不能超出弹簧测力计量程．

(3)被测力的方向应与轴线方向一致．

(4)读数时应正对、平视刻度．

2．注意事项

(1)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同，是为了使合力的

作用效果与两个分力共同作用效果相同，这是利用了等效替代的思想．

(2)角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也

不宜太大，以 60°～100°之间为宜．

(3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些．细绳套应适当长一些，便

于确定力的方向．

(4)统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使

力的图示稍大一些．

3．误差分析

(1)误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等．

(2)减小误差的办法：

① 实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧

测力计的精度正确读数和记录．

② 作图时使用刻度尺，并借助三角板，一定要使表示两力的对边平行.

例1　(2018·天津卷·9(2))某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：

方木板一块，白纸，量程为 5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，

图钉(若干个)．

(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________．

A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上

B．重复实验再次进行验证时，结点 O的位置可以与前一次不同

C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度

D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计的拉力

(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置 O、力的

标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有

利的是(　　)

答案　(1)BC　(2)B

解析　(1)两绳套拉力的合力不一定沿角平分线，选项 A错误；

同一次实验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉橡皮条结点 O的位置相同，不同次实验结点

O的位置可以不同，选项 B正确；

为减小摩擦和误差，施力方向沿测力计轴线，读数时视线正对测力计刻度，选项 C正确；

合力可以比分力大，也可以比分力小，选项 D错误．

(2)为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细线方向的两点离结点应尽可能

远一些，标度应尽可能小一些，故选 B.

变式 1　(2019·安徽蚌埠市第三次质量检测)某小组利用橡皮筋(弹力满足胡克定律)“验证力

的平行四边形定则”，如图 2甲所示，把贴有白纸的木板放在水平桌面上，他们将完全相同

的三根橡皮筋的一端都固定在结点 O处，另一端分别系上细线，仍保证橡皮筋原长相同，

测得原长L0＝4.40 cm.沿平行于纸面的方向分别通过细线将三根橡皮筋拉至某一长度(在弹性

限度内)，保持状态不变，如图乙所示，记录此时结点的位置和三根橡皮筋另一端的位置，

量出三个端点到结点 O的距离分别为 L1＝9.40 cm，L2＝8.40 cm，L3＝7.40 cm.若三根橡皮筋

产生的弹力分别为 F1、F2、F3，图中已作出 F1的图示．

图2

(1)请根据 F1的大小比例分别作出 F2和F3的图示，并根据平行四边形定则画出 F2和F3的合

力F合；

(2)请在图中画出与 F2和F3共同作用效果相同的力 F的图示．若 F合与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　见解析图

解析　根据题意得出三根橡皮筋的形变量分别为 Δx1＝9.40 cm－4.40 cm＝5.00 cm，Δx2＝

8.40 cm－4.40 cm＝4.00 cm，Δx3＝7.40 cm－4.40 cm＝3.00 cm，橡皮筋的弹力与形变量成正

比，按比例作出平衡时 F2和F3的图示，以 F2、F3为邻边作平行四边形，对角线即为两个力

的合力 F合的图示，以及共同作用效果相同的力 F的图示，如图：

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