研究共点力的合成实验专题

由天下分享时间：2024/5/20 10:49:46 加入收藏我要投稿点赞

研究共点力的合成实验专题

研究共点力的合成实验【实验原理】等效替代

【实验器材】两个弹簧秤、带绳套的橡皮筋、图板、图钉、白纸、刻度尺、量角器（三角板）【实验步骤】

1．用两个弹簧秤互成角度地拉绳套，使橡皮筋伸长到一定的位置，记下结点的位置O，画出两绳套的方向，记录两弹簧秤示数F1和F2。

2．用一个弹簧秤将橡皮筋拉伸，使结点仍拉到位置O，画出绳套方向，记录弹簧秤示数F

3．用相同标度作出F1、F2与合力F’，以F1和F2为邻边作出平行四边形，得到其对角线F’，看F’和F是否完全重合。

【实验结论】

通过实验得出，如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边做平行四边形，那么合力F的大小和方向就可以用F1、F2所夹的对角线表示。在误差范围内，分力的合成符合平行四边形定则。【要记录的数据：】 ①结点伸长到的位置。

②合力和两个分力的大小——弹簧秤示数。

③合力和两个分力的方向 ——描点记录细绳方向。

【数据处理】

用相同标度作出两个分力与合力F，用平行四边形定则作出两个分力的合力F’，用标度量出F’大小，再比较F’和F。注意事项：

1)弹簧秤事先要调零；水平放时调零；使用时不能超过弹性限度。

2)利用弹簧秤拉橡皮绳时须贴近且平行木板，与细线平行；细绳套应适当长些，便于确定力的方向， 3)拉力应适当大些(误差读数误差可减小)；两个力之间的夹角不能太大，在两个力大小一定时，夹角越大，合力越小，弹簧形变越小，相对误差越大。 4) 2次拉，拉到同一结点处(效果相同)；

5)沿细绳确定拉力方向时，所选的二个定位点应相距远一点； 6)图示F，F1、F2时必须用同一标度，且线段应取长些；

7)分析力的大小、方向变化时，一般采用作图法。题型一：实验步骤和注意事项

例1.(松江一模) “研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。

（1）图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是___________。（2）（单选题）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）（多选题）实验中可减小误差的措施有（） A．两个分力F1、F2的大小要尽量大些 B．两个分力F1、F2间夹角应越大越好 C．拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行 D．AO间距离要适当，将橡皮筋拉至结点O时，拉力要适当大些 A

甲乙

注意理论值和实际值的比较，理论值是根据平行四边形定则画出，等效替代思想，误差分析见前面。（1）F′，（2）B ，（3）A C D

例2.(青浦区一模)在做“互成角度的两个力的合成”的实验中，下列叙述中正确的是：（） A．两弹簧秤的拉力可以比橡皮条的拉力大；

B．若橡皮条的拉力是合力，则两弹簧秤的拉力是分力；

C．两次拉橡皮条时，需将橡皮条拉到同一位置，这样做的目的是保证两次弹簧秤拉的效果相同； D．若只增大某一弹簧秤的拉力大小，而又要保证橡皮条结点的位置不变，只需调整另一弹簧秤拉力的大小即可。

分力可能大于合力，但分力与合力是相对于相同的受力物体而言，保证合力不变，要同时改变力的大小和方向。AC

例3.（普陀二模） “研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。主要步骤是：（A）在桌面上放一块方木板，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木板上的A点，在橡皮条的另一端栓上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；

（C）用两个弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记下O点的位置和两个弹簧秤的示数；

（D）按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力

甲

乙

F；

（E）只用一只弹簧秤，通过弹簧秤拉橡皮条使其伸长，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按相同标度作出这个力F’的图示；

（F）比较F’和F，看它们是不是相同，得出结论；

上述步骤中：（1）有重要遗漏的步骤是（填序号）；(2) 相应的遗漏内容分别是（3）图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是___________。实验步骤可看知识点，理论值和实际值差别。

(1) C E F (2) 记下两个弹簧秤的细绳方向；结点到达O位置；改变两个力的夹角，再做一组（或几组）。(3) Fˊ

例4.(黄浦、嘉定二模)（多选）在“研究共点力的合成”实验中，需要将橡皮筋的一端固定在A点，用两个弹簧秤（量程均为5N）通过细绳互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋的另一端伸长到O点。关于这一实验过程，下列操作正确或设计能实现的是（）

A （A）实验前，先将所用的弹簧秤竖直提起，挂钩上无任何重物，检查读数是否为零

（B）将结点拉到位置O时，拉力F1、F2要适当大些 O （C）拉橡皮筋时，橡皮筋、细绳和弹簧秤应贴近且平行于木板 F1 （D）可以通过操作使两个弹簧秤的读数均为4N，且两弹簧秤拉力的方向相互垂直，然 F2 后再用其中一个弹簧秤来测量出它们的合力，与用作图法求出的合力进行比较。注意弹簧秤的调零不是这样做的，两个力均为4N且相互垂直时，合力超过5N。BC 题型二：实验误差分析和数据处理

例5.（杨浦一模）在做“研究共点力的合成”实验时，（1）(多选题)下面措施中有利于提高实验精确度的是 (A) 橡皮条弹性要好，拉到O点时，拉力要适当大些． (B) 两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些．

（2）实验结果是否会有误差？若有，造成误差的主要原因是什么？夹角大会增大相对误差。

（1）（ ACD ）（得4分），（2）记录力的大小、方向和作图时等有误差（得2分）

例6.（上海调研）某同学在做验证互成角度的两个力合成的平行上边形定则实验时，把橡皮条的一端用图钉固定于P点，同时用两个弹簧秤将橡皮条的另一端拉到位置O。这时两弹簧秤的示数分别为FA＝3.5N、FB＝4.0N，其位置记录如图甲所示。倘若橡皮条的活动端仅用一个弹簧秤拉着，也把它拉到O点位置，弹簧秤的示数为FC＝6.0 N，其位置如C。

（1）用1 cm表示1N，在图乙 A A 中作出力FA、FB和FC的图示。（2）根据平行四边形定则在图乙中作出FA和FB的合力F，F的大小为___________N。（3）实验的结果是否能验证平行四边形定则：________（选填“能”或“不能”）。

P P O O C C B 图甲图乙 B

根据平行四边形定则作图，确定标度可量出大小。

（1）图略（4分），（2）图略（1分），5.9～6.3N（1分）（3）能（1分）

例6.（虹口一模）在“验证力的平行四边形定则”的实验中。（1）（多选题）.下列哪些方法可以减小实验误差 ( ) （A）两个分力F1、F2间的夹角要尽量大一些（B）两个分力F1、F2的大小要尽量大一些（C）拉橡皮条的细绳要稍长一些

（D）实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度

（2）如果共点力F1、F2的大小均不变，分力F1固定，分力F2顺时针转动180°的过程中，F1和F2的合力大小随着它们的夹角θ变化的关系如图所示。如果F2继续转动180°，回到原来位置，试在图中画出F1和F2的合力大小随着它们的夹角θ变化的关系。误差分析见前面，注意合力和分力以及夹角之间的关系，对称图形。（1）BCD（3分）；

（2）如右图（3分，若图线不对称，不能给分）。

例8.(崇明一模) “研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点位置，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。（1）图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是。（2）关于此实验,下列情况正确的是…………（） A．两弹簧秤的拉力一定比橡皮筋的拉力大 B．橡皮筋的拉力是合力，两个弹簧秤的拉力是分力 C．如果将两个绳套换成两根橡皮筋，那么实验结果将不同 D．两次拉橡皮筋结点拉到同一位置O的目的是确保两次弹簧秤拉力的效果相同

注意绳套换成橡皮筋效果一样，都只是起到传递力的作用，不改变力的方向，通过橡皮筋一样可以确定。（1） F′ （2分），（2）（ D ）（3分）

甲

F F' F1

a F(N) b 0 90 180 270 360 θ( °) a F(N) b 0 90 180 270 360 θ( °)

乙

课堂练习

1. 在“验证力的平行四边形法则”的实验中，如右图所示是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果，其中F是用作图法得到的合力，F是通过实验测得的合力，则哪个实验结果是符合实验事实的? (选填“甲”或“乙”) 青浦一模第26题甲

/ＯＦ2 ＦＦ’ 甲

ＯＦ1 Ｆ2 Ｆ’ Ｆ乙

Ｆ1

2．在“研究共点力的合成”实验中，需要将橡皮筋的一端固定点在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套．实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉像皮筋．用两个弹簧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）同一次实验过程中，O点位置允许变动

（B）实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度