2022届高考物理一轮突破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

【实验过程】

1．用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。

2．用图钉把橡皮条的一端固定在 A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。

3．用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与细绳

的结点伸长到某一位置 O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下

O点的位置及此时两细绳套的方向。

4．只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 O，记下弹

簧测力计的读数和细绳套的方向。

5．改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再做两次实验。

【数据处理】

1．用铅笔和刻度尺从结点 O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这

两个弹簧测力计的拉力 F1和F2的图示。

2．用刻度尺从 O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤 4中只用一个弹簧

测力计的拉力 F′的图示。

3．以 F1、F2为邻边，用三角板作平行四边形，发现过 O点的对角线与 F′几乎重

合，而此时对角线为 F1、F2的合力 F。

4．比较 F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而得到力的合成满足平行四边

形定则。

【误差分析】

1．弹簧测力计本身的误差。

2．读数误差和作图误差。

3．两分力 F1、F2间的夹角 θ过大或过小，用平行四边形定则作图得出的合力 F

的相对误差也越大。

4．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，要按有效数字和弹簧

测力计的精度正确读数和记录。

(2)作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行。

【注意事项】

1．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩

对拉，读数相同。

2．在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点 O的位置一定要相同。

3．用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太

小，在 60°～100°为宜。

4．实验时弹簧测力计应与木板平行，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在

合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些。

5．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直线，

应在细绳套末端用铅笔画一个点，移开细绳套后，再将所标点与 O点连接，即

可确定力的方向。

6．在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，

使所作力的图示稍长一些。

教材原型实验

【典例 1】在“探究求合力的方法”实验中，某同学用两把弹簧测力计将橡皮

筋的端点拉到点 O，作出这两个拉力 F1、F2的图示(图甲)，然后用一把弹簧测力

计将橡皮筋的端点仍然拉到 O，弹簧测力计示数 F如图乙所示。

(1)弹簧测力计的示数 F＝__________N；

(2)请帮他在图甲中画出力 F的图示(图中 a为记录 F方向时所记录的一点)；

(3)该同学用虚线把 F的箭头末端分别与 F1、F2的箭头末端连起来。他观察图形

后受到了启发。你认为他紧接着应进行的两个实验步骤是__________。

A．整理实验器材

B．提出求合力方法的猜想

C．改变 F1、F2的大小和方向，重复上述实验

D．与同学交流讨论实验结果，得出结论

创新型实验

类型一　不变目的变装置(悬挂重物)

【典例 2】某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”，弹

簧测力计 A挂于固定点 P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计 B的一端用细

线系于O点，手持另一端向左拉，使结点 O静止在某位置。分别读出弹簧测力

计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录 O点的位置和拉线的方向。

(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为 N，图中 A的示数为________N。

(2)下列不必要的实验要求是________。(请填写选项前对应的字母)

A．应测量重物M所受的重力

B．弹簧测力计应在使用前校零

C．拉线方向应与木板平面平行

D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使 O点静止在同一位置

(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计 A的指针稍稍超出量程，请你提出两个

解决办法。

类型二　不变目的变装置(两个滑轮)

【典例 3】(2021 年河北适应性测试)为验证力的平行四边形定则，某同学准备了

以下器材:支架，弹簧，直尺，量角器，坐标纸，细线，定滑轮(位置可调)两个，

钩码若干。支架带有游标尺和主尺，游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上，

主尺可升降，如图 1所示。

实验步骤如下:

(1)仪器调零。如图 1，将已测量好的劲度系数k为5.00 N/m 的弹簧悬挂在支架

上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线，调节支架竖直。调整主尺高

度，使主尺与游标尺的零刻度对齐。滑动指针，对齐挂钩上的 O点，固定指针。

(2)搭建的实验装置示意图如图 2。钩码组 mA=40 g，钩码组 mB=30 g，调整定滑

轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上 O点重新对准指针。实验中

保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得 α=36.9°，β=53.1°，由图3可读出游

标卡尺示数为________cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F=_______N。当地

重力加速度g为9.80 m/s2。

(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图框中作出，用平行四边形定

则作出合力 F′。

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