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实验实验:互成角度的两个共点力的合成互成角度的两个共点力的合成一、实验目的验证互成角度的两个共点力合成时遵循平行四边形定则。二、实验原理1.一个力F的作用效果与两个共点力F1和F2的共同作用效果都是把橡皮筋拉伸到某点,即F与F1、F2的共同作用效果相同,作出F的图示。2.再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示。3.比较F与F是否大小相等、方向相同。如果在误差允许的范围内,F和F相同,那么力的平行四边形定则就得到了验证。三、实验器材方木板一块、测力计两个、细绳套(两个)、橡皮筋一段、白纸、铅笔、刻度尺、量角器、图钉。探究突破典例剖析随堂检测一、实验步骤1.仪器的安装(1)钉白纸:用图钉把一张白纸钉在方木板上,将方木板放在水平桌面上。(2)拴绳套:用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳套。探究突破典例剖析随堂检测2.操作与记录(1)两力拉: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(如图所示)。用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数(F1和F2)。(2)一力拉: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和细绳套的方向。(3)改变F1和F2的夹角和大小,再做两次。(4)实验记录:探究突破典例剖析随堂检测探究突破典例剖析随堂检测二、数据处理1.理论值:在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计同时拉时弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。2.测量值:按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F的图示。3.相比较:比较F与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否相等。探究突破典例剖析随堂检测三、误差分析1.使用中,测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或测力计外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成系统误差。2.两次测量拉力时,橡皮筋的结点O没有拉到同一点会造成偶然误差。3.两个分力的起始夹角太大,如大于120,再重做两次实验,为保证结点O位置不变(即保证合力不变),则变化范围不大,因而测力计示数变化不显著,读数误差大。4.在应用平行四边形定则作图时,F1、F2及合力F作图不精准,测量值的最后一位估读数在作图时又一次估计会造成偶然误差。探究突破典例剖析随堂检测四、注意事项1.同一实验中的两只测力计的选取方法是将两只测力计钩好后对拉,若两只测力计在拉的过程中读数相同,则可选,若不同,应另选,直到两只测力计的读数相同;使用时测力计与板面平行。2.在满足合力不超过测力计量程及橡皮筋形变不超过弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减小误差。3.画力的图示时,应选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,但也不要因太大而画出纸外。要严格按力的图示要求和几何作图法作图。4.在同一次实验中,结点O位置一定要相同。5.由作图法得到的F和实验测量得到的F不可能完全重合,但在误差允许范围内可认为是F和F相等即可。探究突破典例剖析随堂检测类型一、实验原理及注意事项【例1】 (1)在做“互成角度的两个共点力的合成”实验时,橡皮筋的一端固定在木板上,用两个测力计把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点,以下操作中错误的是()A.同一次实验中,O点位置允许变动B.实验中,只记录测力计的读数和O点的位置C.实验中,把橡皮筋的另一端拉到O点时两个测力计之间的夹角必须取90D.实验中,要始终将其中一个测力计沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一测力计拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O点探究突破典例剖析随堂检测(2)如图是甲、乙两位同学在做“互成角度的两个共点力的合成”实验中所得到的实验结果,若用F表示两个分力F1、F2的合力,用F表示F1和F2的等效力,则可以判断(填“甲”或“乙”)同学的实验结果是尊重事实的。探究突破典例剖析随堂检测解析:(1)由合力的定义可知,只有两次都把橡皮筋拉到同一个位置(O点),实验中测得的力才是合力,A说法是错误的;实验中,除了要记录测力计的读数、O点的位置以外,还要记录两个分力的方向(即拉绳子的方向),B说法是错误的;两个测力计之间的夹角实际上就是两个分力的夹角,这个夹角并非一定取90,理论上是任意的,C说法也是错误的;实验中如果始终将其中一个测力计沿某一方向拉到最大量程,则在调节另一个测力计时很容易使得另一个测力计超过其量程,这是不允许的,D说法也是错误的。(2)由题设可知,F为F1和F2的合力,是由平行四边形定则所得,而F是F1和F2的等效力,即用一只测力计拉橡皮筋时的拉力,显然F的方向应在细绳的方向上,即F的方向与细绳在同一直线上,故甲同学是尊重事实的。答案:(1)ABCD(2)甲探究突破典例剖析随堂检测规律方法第(2)问解答的焦点在F的方向的确定上。两位同学的实验结果都有误差,这是正常的,但乙同学很明显在F的方向的确定上违背了实验的要求,作图是错误的。探究突破典例剖析随堂检测类型二、实验数据的处理【例2】将橡皮筋的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的测力计。沿着两个不同的方向拉测力计,当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图所示。这时测力计的读数可从图中读出。(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为N和N。探究突破典例剖析随堂检测(2)在本题的虚线方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。探究突破典例剖析随堂检测解析:(1)测力计的读数分别是4.0N、2.5N。(2)如图所示。根据测量结果,每小格代表0.5N,将保证力的图示较准确,若每小格代表1N,则2.5N的力的表示容易造成误差,在确定合力大小时,容易造成较大误差。力的图示应有刻度,有箭头。答案:(1)4.02.5(2)如解析图所示探究突破典例剖析随堂检测规律方法本题重点考查测力计的读数,力的图示,平行四边形定则。通过本题可考查出学生在力学实验方面的基本实验素质:能否按实验要求准确读数;能否按图示实验操作要求准确作出力的图示合理选取标度,再利用平行四边形定则准确画出合力。探究突破典例剖析随堂检测121.(多选)用平木板、细绳套、橡皮条、测力计等做“验证力的平行四边形定则”的实验,为了使实验能够顺利进行,且尽量减小误差,你认为下列说法或做法能够达到上述目的的是()A.使用测力计前应将测力计水平放置,然后检查并矫正零点B.用测力计拉细绳套时,拉力应沿弹簧的轴线,且与水平木板平行C.两细绳套必须等长D.用测力计拉细绳套时,拉力应适当大些,但不能超过量程E.同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置解析:测力计应与水平放置的木板平行拉细绳套,且施力前指针指零,A、B正确;两细绳套是记录拉力方向用的,不必要求等长,C错误;为了减小误差要求拉力适当大些,但不能超过量程,D正确;本实验应用了等效的原理,即拉力效果相同,E正确。答案:ABDE探究突破典例剖析随堂检测122.做“互成角度的两个共点力的合成”实验时,两个测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮筋使之伸长,结点到达某一位置O时需记下,描下,读出;再用一个测力计钩住细绳套把橡皮筋拉长,使结点到达,描下,读出。答案:O点位置两绳的方向两测力计的读数O点的位置绳的方向测力计的读数
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