【2020秋备课】高中物理学案新人教版必修1-第三章-实验-互成角度的两个力的合成.docx

试验 互成角度的两个力的合成1. 基本测量工具和测量数据 1. 基本测量工具及其使用 弹簧秤测两个分力的大小和等效合力的大小量角器测量由平行四边形法则作图得到的合力F与用一个弹簧秤直接拉出的合力F的夹角刻度尺（或者绘图三角板）则是作力的方向时画线和确定比例用长度表示力的大小使用弹簧秤应留意：使用前要先调到零点，再用标准砝码检查示值是否精确，如不准，可以旋转卡在弹簧圈的三角形钢片来转变弹簧的工作圈数，对于示值偏大的，应把三角片向上拧几圈，削减弹簧的工作圈数，增大偏强系数；对于示值偏小的则实行相反措施。使用时弹簧的伸长方向和所测拉力方向要全都。弹簧、指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生磨擦。（2）测量数据的有效数字。J2104型测力计，其刻度是“0_5牛”，分度值0.1牛，在任意点的示值误差都不大于0.05牛，因此测量数据的有效数字末位就在精度的同一位，只精确到0.1牛即可，若无估读，则在百分位上补“0”表示测量的精确度。在实际应用中，还存在分度值为0.2牛的条形测力计，使用估读时可以将每1分度分为2等分，若指针超过1等分即超过半格就算1个分度值0.2牛，小于1等分即未超过半格就舍去，这样的示值误差也不大于0.05牛，测量数据的有效数字末位就在精度的同一位，若无估读仍不需在百分位补“0”。量角器的测量角度值精确到1即可，由试验阅历得知：在两个分力都不小于2牛、分力夹角不大于90的条件下，用作图得到的合力F跟实测结果F比较，在方向上相差一般不超过5，无估读时在有效数字末位补“0”2试验条例与点拨试验目的验证两个相互角度的共点力的合成遵从平行四边形法则试验器材1. 木板一块测力计两个细绳两段橡皮条一段白纸铅笔尺量角器图钉 点拨：测力计可以只用一个，分别测出两个分力，虽然操作较麻烦，但可避开两个测力计的不全都性带来的误差。试验原理利用测力计测力作矢量图验证力的平行四边形法则。试验步骤把橡皮条的一端固定在板上的A点。 1. 用两条细绳结在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点（如图2-1） 点拨：阅历得知两个分力F1、F2间夹角越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大，所以试验中不要把角取得太大，一般不大于90为最佳。橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避开与纸面磨擦。2. 用铅笔登记O点的位置，画下两条细绳的方向，并登记两个测力计的读数。 点拨：拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些（4）在纸上按比例作出两个力F1、F2的图示，用平行四边形法则求出合力F。点拨：作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。（5）只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O点，登记测力计的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力F的图示，比较F与用平行四边形法则求得的合力F，比较合力大小是否相等，方向是否相同。（6）转变F1和F2的夹角和大小，再做两次。点拨：转变分力大小和夹角再做两次时，每次都把橡皮条的结点拉到O点，为了直观地看出分力可能大于合力，可以使其中一次两个分力的夹角大于120。试验记录项目次数 分力F1（牛） 分力F2（牛） 用平行四边形法则作图量出合力F 用一个测力计直接测出F1、F2的合力F F与F的夹角（度） 1 2.0 2 3 点拨（1）：试验中依据记录两个分力F1、F2的夹角a和对应的一个弹簧秤测出的实际合力F描点作图象，如图2-2所示，则由图象可求出这个弹簧秤的实际拉力的值域和对应分力的值域。对（甲）图，由|F1-F2|=2牛，F1+F2=10牛，得F2牛，10牛F1（或F2）4牛，6牛；对（乙）图由|F1-F2|=2，F+F22=102得F2牛，14牛，F1（或F2）6牛，8牛。点拨（2）：互成角度两个力的合力的变化，看橡皮条结点O的位置变化，而在每次试验中橡皮条结点的位置是不能转变的。点拨（3）：综上述，本试验误差主要来源有：用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小。结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差。两个分力的起始夹角a太大，如大于120，再重做两次试验，为保证结点O位置不变（即保证合力不变），则a变化范围不大，因而测力计示数变化不显著，读数误差大。作图比例不恰当造成作图误差。试验中易混淆的是：量角器测量的F与F的偏角与不需测量的F1与F2的夹角a。易错的是：由作图法得到的合力F和单个测力计测量的实际合力F错乱，易忘的是：遗忘检查测力计的零点，忘了登记用一个弹簧秤测量的实际合力F的大小和方向。试验结论用平行四边形法则作图量出两个分力F1、F2的合力F与用一个测力计直接测出的合力F，在误差范围内是相等的。3试验变通变通（1）：在验证两个互成角度的共点力合成遵从平行四边形法则的试验中，只用一个测力计，其他的器材不变，请叙述试验步骤和方法。变通（2）：不用弹簧秤，只用三条相同的橡皮条、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板也可以验证平行四边形法则、其步骤、方法如下：将三条橡皮的一端都拴在一个图钉O上，将这三条橡皮的另一端分别再拴一个图钵A、B、C，留意此时四个图钉均未固定在板上，如图2-3。用直尺测出橡皮条的自由长度L0，留意从图钉脚之间测起。将拴有橡皮的图钉A、B适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮C，即使三条橡皮互成角度拉伸，待节点处的图钉O静止时，钉下C图钉，并记录图钉O的位置（留意此时O图钉不能钉）记录图钉A、B、C的位置，（此时图钉有孔，不需铅笔）测出这三条橡皮的长度L1、L2、L3，分别算出它们的伸长量X1= L1-L0，X2= L2-L0，X3= L3-L0。将X1、X2、X3按确定比例图示出来，以X1、X2为邻边作平行四边形，求出其对角线OC，比较OC与OC的长度（即X3的长度）相等，且在一条直线上，则达到目的，若OC与OC有一微小夹角，则有误差（图2-3所示）。本试验是依据图钉O受到三个平面共点力而静止，任意两个力的合力与第三个力大小相等方向相反的原理。4练习（1）在互成角度的两个共点力的合成试验中，用A、B两只弹簧秤把结点拉到某一位置O，这时两绳套AO、BO的夹角AOB90，如图2-4所示，现转变弹簧秤A的拉力方向而不转变拉力大小，使a角减小，那么要使结点仍被拉到O点就应调整弹簧秤B的拉力大小及角，则下列调整方法可行的是 A. 增大弹簧秤B的拉力的同时增大角 B增大弹簧秤B的拉力的同时保持角不变C保持B的拉力大小不变，增大角D增大B的拉力的同时减小角（2）在互成角度的两个力的合成试验中，某同学用长钉代替图钉固定橡皮条于A点，操作时，一个测力计向上仰角为a，另一个测力计向下倾角为，而只用一个测力计拉结点至O点时，测力计保持水平，如图2-5所示，依据试验数据画出了图2-6，则下列说法正确的是 A图2-6中标出的F1、F2和F、F四个力，其中F不是由测力计直接测量的。B图2-6中F1偏大，F2偏小C图2-6中F1、F2均偏大D由作图得到的合力大于由一个测力计直接测量的合力（3）在两个共点力的合成试验中，在两个测力计F1、F2拉力作用下，橡皮条结点在O点，现只保持一个测力计的方向不变时（设只保持分力F2的方向不变），转变另一个分力F1的大小和方向，使结点回到原位置O点，则F1和F2的大小和方向关系如何？