第二单元实验2 探究求合力的方法,一、实验原理必备知识·整合,互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F'产生相同的作用效果,F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F'在实验误差允许范围内是否相同。二、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即合力F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弹簧测力计的拉力F'的图示。3.比较F与F'是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。,三、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细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。四、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的误差ΔF也越大。,关键能力·突破考点一 实验原理与实验操作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方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)。,例1(2020浙江桐乡凤鸣高级中学月考)在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,某同学按照如下步骤进行操作: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形成结点,细绳的另一端系着绳套;c.如图甲,用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使结点到达某一位置O,记录结点位置和两个弹簧测力计的示数、两条细绳的方向;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,并以F1和F2为邻边作平行四边形,画出它们所夹的对角线F;e.只用一个弹簧测力计通过绳套拉橡皮条,把结点拉到同一位置O,读出弹簧测力计的示数并记录细绳的方向,并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,看它们是否相同,得出结论。,(1)本实验中步骤c和e两次拉橡皮条的过程,主要体现了下列哪种科学方法B。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(2)(多选)下列操作有利于减小实验误差的是ACE(填字母代号)。A.实验前将两个弹簧测力计调零后水平互钩对拉,选择两个读数相同的弹簧测力计,B.拴在橡皮条上的两条细绳必须等长,并且要尽量长一些C.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行D.用两个弹簧测力计同时拉橡皮条时,两个弹簧测力计的示数之差应尽可能大E.在记录力的方向时,标记同一细绳方向的两点要远些(3)图乙是该同学在白纸上根据实验数据用同一标度画出的图示,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F'。,解析(1)本实验中,一个弹簧测力计的作用效果跟两个弹簧测力计共同作用的效果相同,是典型的等效替代。(2)细绳长些有利于标定力的方向,但不必等长,故B项错误;为减小读数误差,弹簧测力计的示数可适当大些,而非示数之差较大,故D项错误。(3)由二力平衡条件易知F'沿AO方向。,针对训练1(2020浙江温州适应性测试)在“探究求合力的方法”的实验中:①已有实验器材:木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮筋、铅笔,图甲所示的器材中还需要选取AC;,②某实验室老师提供的橡皮筋和细绳套如图乙所示,在实验过程中需要记录的“结点”应该选择O'点(选填“O点”或“O'点”);,③关于此实验的操作,说法正确的是ACD;A.b、c两细绳套应适当长一些B.实验过程中,弹簧测力计外壳不能与木板有接触C.重复实验再次探究时,“结点”的位置可以与前一次不同D.只有一个弹簧测力计也可以完成此实验,解析①在“探究求合力的方法”的实验中需要刻度尺测量长度,弹簧测力计测量橡皮筋拉力,故选A、C;②实验通过O'点的位置体现合力的方向;③b、c两细绳套应适当长一些可以减小实验的误差,故A正确;测量力的实验要求尽量准确,为了减小实验中因摩擦造成的误差,操作中要求弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平行,故B错误;合力与分力的关系为等效替代的关系,效果是相同的,所以在同一次实验时,需要让两次作用效果相同,则必定结点O'的位置要相同,而在重复实验再次进行探究时,结点O'的位置可以与前一次不同,故C正确;如果只有一个弹簧测力计,可以先将结点拉到某个位置,记,下两个拉力的方向,读出一个读数,然后拆开仪器重做,再拉到原位后读数,故D正确。,考点二 数据处理与误差分析例2将橡皮条的一端固定在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的弹簧测力计,沿着两个不同的方向拉弹簧测力计,当把橡皮条与细绳的结点拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图甲所示,这时弹簧测力计的读数可从图中读出。,(1)由图甲可读出两个相互垂直的弹簧测力计的拉力的大小分别为N和N。(2)在如图乙所示的方格纸,按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。(3)图丙中a、b两图是两位同学得到的实验结果,其中图符合实际,若合力测量值F'是准确的,则F与F'有误差的原因可能是。,答案(1)2.5 4.0(或4.0 2.5)(2)见解析图 (3)b 见解析解析(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1N,所以读数分别为2.5N和4.0N。(2)取一个小方格的边长表示0.50N,作出两个力及它们的合力如图所示。(3)F'是用一个弹簧测力计拉橡皮条得到的,其方向一定在橡皮条所在直线上,所以b图符合实际。产生误差的原因主要有弹簧测力计读数偏差,分力方向确定不够准确等。,针对训练2(1)在“探究求合力的方法”的实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上的A点,另一端系两个细绳套。实验中用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地施加拉力,使橡皮条与绳的结点伸长到纸面上某一位置O,如图甲所示。①~⑥是接下来的实验步骤,请将横线上的内容补充完整:①用铅笔描下结点位置,记为O;②记录两个弹簧测力计的示数F1、F2和两个细绳套的方向;③只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条与绳的结点仍拉到位置O,记录弹簧测力计的示数F和细绳套的方向;,④按照力的图示要求,作出拉力F1、F2、F;⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F';⑥通过比较F和F'的大小和方向,即可得出结论。甲,乙(2)为什么两次拉橡皮条要将结点拉到同一位置?两次将结点拉到同一位置,是为了使橡皮条产生形变的大小和方向相同,即合力和分力的作用效果相同。(3)在图乙所示的正方形方格纸上按作图法的要求作出F1和F2的合力F',若选定相邻两个小方格边长的长度表示大小为1N的力,则F’=2.5N。,答案如图所示解析(1)⑥通过对根据力的平行四边形定则合成的合力F‘与用一个弹簧测力计把橡皮条的结点拉到位置O时所用的力F作比较,即可得出实验结论。,(2)本实验应用等效替代的方法,即两次将结点拉到同一位置,从而使橡皮条产生形变量的大小和方向相同,即合力和分力的作用效果相同。(3)根据力的平行四边形定则画出合力,然后根据题目给的“每相邻两个小方格边长的长度代表1N”来算出合力的大小,则F'=2.5N。
