最后更新: 2024-12-11 17:15 ● 参与者查看: 121 次纠错分享参与项目词条搜索

试验：探究两个互成角度的力的合成规律

## 1.实验原理
如图所示，分别用一个力F、互成角度的两个力F1、F2，使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同，根据合力的定义，F为F1和F2的合力，作出力F及F1、F2的图示，分析F、F1和F2的关系.
 ![图片](/uploads/2024-12/4a34b8.jpg)
 
 2.实验器材
方木板，白纸，弹簧测力计(两个)，橡皮条，小圆环，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(若干)，铅笔.
3.实验步骤
(1)装置安装：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)两力拉：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)一力拉：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)重复实验：改变拉力F1和F2的大小和方向，重复做几次实验.

4.数据处理
(1)用铅笔和刻度尺从点O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′，如图丁.
(3)分析多次实验得到的多组数据，比较F与F′在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：平行四边形定则.

5.注意事项
(1)弹簧相同：使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使它指在零刻度处，再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，两个测力计的示数相同方可使用.
(2)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时　　　　的位置一定要相同.
(3)角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～120°之间为宜.

(4)尽量减少误差：在合力不超出弹簧测力计的量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些；细绳套应适当长一些，便于确定力的方向.
(5)统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些.

## 例题
`例`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为橡皮筋原长时小圆环的位置，O为实验时小圆环被拉至的位置.
 ![图片](/uploads/2024-12/38abd4.jpg)
 (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.甲图中E的位置
B.乙图中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，只需保证两次橡皮筋伸长量相同即可

(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.

解：（1）弹簧测力计最小分度值为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）B
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筋伸长量相同，还必须都是沿竖直方向伸长至O点才行，C错误.

(4)见下图
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；
 ![图片](/uploads/2024-12/d6a9a9.jpg)
 
  ![图片](/uploads/2024-12/6cc8bd.jpg)
  
 量出作图法求出的合力长度约为标度的3.99倍，所以合力大小为3.99 N.

## 探索创新实验
创新方案
 ![图片](/uploads/2024-12/716d1c.jpg)
 
 合力的改进：橡皮筋伸长到同一位置→钩码(重物)的重力不变
分力的改进: 弹簧测力计示数 $\rightarrow\left\{\begin{array}{l}\text { 力传感器 } \\ \text { 钩码的重力 }\end{array}\right.$
力的大小创新：弹簧测力计的示数 $\rightarrow$ 橡皮筋长度的变化

`例`如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究力的平行四边形定则，A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负.A连接质量不计的细绳，可沿固定的圆弧形轨道移动.B固定不动，通过光滑铰链连接长为0.3 m的杆.将细绳连接在杆右端O点构成支架.保持杆在水平方向，按如下步骤操作：
①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ；
②对两个传感器进行调零；
③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个
传感器的读数；
 ![图片](/uploads/2024-12/7adeab.jpg)
 ④取下钩码，移动传感器A改变θ角，重复上述实验步骤，得到表格.
 ![图片](/uploads/2024-12/ed016c.jpg)
 
 (1)根据表格，A传感器对应的是表中力________(选填“F1”或“F2”).钩码质量为________ kg(g取10 m/s2，结果保留1位有效数字).

(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是________.
A.因为事先忘记调零
B.何时调零对实验结果没有影响
C.为了消除水平杆自身重力对结果的影响
D.可以完全消除实验的误差

(3)实验中，让A传感器沿圆心为O的圆弧形(而不是其他形状)轨道移动的主要目的是________.
A.方便改变A传感器的读数
B.方便改变B传感器的读数
C.保持杆右端O的位置不变
D.方便改变细绳与杆的夹角θ

解：（1）$F_1$, $0.05$
$A$ 传感器中的力均为拉力，为正值，故 $A$ 传感器对应的是表中力 $F_1$ ，
平衡时， $m g=F_1 \sin \theta$

当 $\theta=30^{\circ}$ 时， $F_1=1.001 N$ ，可求得 $m \approx 0.05 kg$

(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，是为了消除水平杆自身重力对结果的影响，故C正确.

(3)让A传感器沿圆心为O的圆弧形轨道移动的过程中，传感器与O点的距离保持不变，即O点位置保持不变，故A、B、D错误，C正确.

上一篇：试验：弹簧弹力与形变量的关系

下一篇：动态平衡问题　平衡中的临界、极值问题

本文对您是否有用？有用 (0) 无用 (0)