第7讲 实验:探究两个互成角度的力的合成规律 一、实验装置 二、实验器材 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、两个细绳套、两个弹簧测力计、三角板、刻度尺、 铅笔。 三、实验步骤 1.在方木板上用图钉固定一张白纸,如图甲,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,另一端固定,橡皮条的原长为GE。 2.如图乙,在小圆环上系上两个细绳套,用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环,小圆环处于O点,橡皮条伸长的长度为EO。用铅笔描下O点位置、细绳套的方向,并记录两弹簧测力计的示数F1、F2。 3.如图丙,改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环,仍使它处于O点,记下细绳套的方向和弹簧测力计的示数F。 4.改变拉力F1和F2的大小和方向,重复做几次实验。 四、数据处理 1.用铅笔和刻度尺从O点沿两细绳套的方向画直线,按选定的标度作出F1、F2和F的 图示。 2.以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线代表的力记为F′。 3.分析多次实验得到的多组数据,比较F与F′在实验误差允许的范围内是否完全重合,从而总结出两个互成角度的力的合成规律。 五、注意事项 1.同一实验中的两个弹簧测力计的选取方法是:将两个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.用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小。 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。 六、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越大,用平行四边形定则作图得出的合力F的相对误差也越大。 考点一 基础性实验 [例1] 【数据处理与操作】 在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,实验装置及实验过程如图甲、乙、丙所示,E为橡皮条原长时小圆环的位置,O为实验时小圆环被拉至的位置。 (1)图丁中弹簧测力计的示数为 N。 (2)在实验过程中,不必记录的有 。 A.图甲中E的位置 B.图乙中O的位置 C.OB、OC的方向 D.弹簧测力计的示数 (3)下列选项中与本实验要求相符的是 。 A.两细绳OB、OC夹角越大越好 B.读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度 C.实验时,只需保证两次橡皮条伸长量相同即可 (4)某次实验记录纸如图戊所示,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点,拉力F的方向过P点;三个力的大小分别为F1=2.70 N、F2=2.30 N和F=4.00 N,得出正确实验结论后,请根据实验结论和图中给出的标度: ①在图中作出F1和F2的合力。 ②根据作图求出该合力大小为 N。 【答案】 (1)2.35 (2)A (3)B (4)①图见解析 ②3.99(3.80～4.20均可) 【解析】 (1)弹簧测力计分度值为0.1 N,估读到0.01 N,题图丁中读数为2.35 N。 (2)必须要记录的有两个分力F1和F2的大小和方向、合力F的大小和方向,力的大小通过弹簧测力计读出,两次都要使小圆环被拉到O点位置,所以必须记录的有B、C、D;不需要记录的是题图甲中E的位置。故选A。 (3)两个细绳OB、OC夹角要适当大一些,但不能太大,合力一定时,两分力夹角太大导致两分力太大,测量误差变大,A错误;读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度,规范操作,B正确;实验时,不仅需保证两次橡皮条伸长量相同,还必须都伸长至O点才行,C错误。 (4)①由于标度已经选定,作图时要保证表示F1、F2的线段长度分别为标度的2.7倍和2.3倍,作图如图所示。 ②量出所作图中合力长度约为标度的3.99倍,所 ... ...
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