鲁科版（新教材）2022版高考一轮复习第2章相互作用实验3探究两个互成角度的力的合成规律（物理 学案）

实验三　探究两个互成角度的力的合成规律

操作不忘“三”“二”“一”

用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳套的方向和结点O的位置)，用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳套的方向)及“一注意”(注意结点O必须在同一位置)等。

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．减小误差的方法

(1)结点O

①定位O点时要力求准确。

②同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变。

(2)拉力

①用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向。

②应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内。

③两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小。

(3)作图

①在同一次实验中，选定的标度要相同。

②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力。

考点1　实验原理与实验操作

典例　某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其中A处为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。

甲　　　　　　　　乙

(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。

(2)本实验采用的科学方法是________。

A．理想实验法 B．等效替代法

C．控制变量法 D．建立物理模型法

(3)实验时的主要步骤是：

A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；

B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；

C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；

D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；

E. 只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；

F. 比较F′和F的大小和方向，看它们在误差允许的范围内是否相同，得出结论。

上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是________和________；

②遗漏的内容分别是______________________和_______。

本题主要考查“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验，旨在考查对实验原理的理解、实验操作的要求及减小实验误差的方法。本实验中一个弹簧测力计的作用效果与两个弹簧测力计共同作用的效果相同，具有等效替代的关系。因误差因素(读数误差、作图误差等)由平行四边形定则作出的合力不一定沿AO方向。在实验步骤方面：保证两次拉橡皮条时结点O完全重合，以保证力F1、F2的合力与F′的作用效果相同。

考点2　数据分析与误差分析

典例　某研究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为0～5 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)(多选)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．使用弹簧测力计时，施力方向应沿弹簧测力计轴线；读数时视线应正对弹簧测力计刻度

D．用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个弹簧测力计时的拉力

(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，如图所示。其中对于提高实验精度最有利的是________。

　　A　　　　　　 B　　　　　　　C　　　　　　D

考点3　实验的改进与创新

典例　某同学通过下述实验探究两个互成角度的力的合成规律。

实验步骤：

①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。

②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计的示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示。

③找出②中F＝2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′。

④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端到达O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。

甲　　 　　　　　乙

完成下列作图和填空：

(1)利用表中的数据在坐标纸上画出F­l图线，根据图线求得l0＝________cm。

(2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则FOA的大小为________N。

(3)根据给出的标度，在下图中作出FOA和FOB的合力F′的图示。

(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论。

【核心归纳】

突破创新考点

(1)对实验原理的理解、实验方法的迁移(如图甲、乙所示)

(2)实验器材的改进(如图所示)

①橡皮筋弹簧测力计；

②钩码弹簧测力计。