【2020秋備課】高中物理學案新人教版必修1-第三章-實驗-互成角度的兩個力的合成

試驗互成角度的兩個力的合成基本測量工具和測量數(shù)據(jù)基本測量工具及其使用①彈簧秤測兩個分力的大小和等效合力的大?、诹拷瞧鳒y量由平行四邊形法則作圖得到的合力F與用一個彈簧秤直接拉出的合力F′的夾角θ③刻度尺（或者繪圖三角板）則是作力的方向時畫線和確定比例用長度表示力的大小使用彈簧秤應留意：①使用前要先調到零點，再用標準砝碼檢查示值是否精確?????，如不準，可以旋轉卡在彈簧圈的三角形鋼片來轉變彈簧的工作圈數(shù)，對于示值偏大的，應把三角片向上擰幾圈，削減彈簧的工作圈數(shù)，增大偏強系數(shù)；對于示值偏小的則實行相反措施。②使用時彈簧的伸長方向和所測拉力方向要全都。③彈簧、指針、拉桿都不要與刻度板和刻度板末端的限位卡發(fā)生磨擦。（2）測量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字。①J2104型測力計，其刻度是“0_5?！?，分度值0.1牛，在任意點的示值誤差都不大于0.05牛，因此測量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字末位就在精度的同一位，只精確?????到0.1牛即可，若無估讀，則在百分位上補“0”表示測量的精確?????度。在實際應用中，還存在分度值為0.2牛的條形測力計，使用估讀時可以將每1分度分為2等分，若指針超過1等分即超過半格就算1個分度值0.2牛，小于1等分即未超過半格就舍去，這樣的示值誤差也不大于0.05牛，測量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字末位就在精度的同一位，若無估讀仍不需在百分位補“0”。②量角器的測量角度值精確?????到1°即可，由試驗閱歷得知：在兩個分力都不小于2牛、分力夾角不大于90°的條件下，用作圖得到的合力F跟實測結果F′比較，在方向上相差一般不超過5°，無估讀時在有效數(shù)字末位補“0”2．試驗條例與點撥[試驗目的]驗證兩個相互角度的共點力的合成遵從平行四邊形法則[試驗器材]木板一塊②測力計兩個③細繩兩段④橡皮條一段⑤白紙⑥鉛筆⑦尺⑧量角器⑨圖釘點撥：測力計可以只用一個，分別測出兩個分力，雖然操作較麻煩，但可避開兩個測力計的不全都性帶來的誤差。[試驗原理]利用測力計測力作矢量圖驗證力的平行四邊形法則。[試驗步驟]把橡皮條的一端固定在板上的A點。用兩條細繩結在橡皮條的另一端，通過細繩用兩個彈簧秤互成角度拉橡皮條，橡皮條伸長，使結點伸長到O點（如圖2-1）點撥：閱歷得知兩個分力F1、F2間夾角θ越大，用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差也越大，所以試驗中不要把θ角取得太大，一般不大于90°為最佳。橡皮條、細繩、測力計應在同一平面內，測力計的掛鉤應避開與紙面磨擦。用鉛筆登記O點的位置，畫下兩條細繩的方向，并登記兩個測力計的讀數(shù)。點撥：拉橡皮條的細線要長些，標記每條細線方向的方法是使視線通過細線垂直于紙面，在細線下面的紙上用鉛筆點出兩個定點的位置，并使這兩個點的距離要盡量遠些（4）在紙上按比例作出兩個力F1、F2的圖示，用平行四邊形法則求出合力F。點撥：作圖要用尖鉛筆，圖的比例要盡量大些，要用嚴格的幾何方法作出平行四邊形，圖旁要畫出表示力的比例線段，且注明每個力的大小和方向。（5）只用一個測力計，通過細繩把橡皮條上的結點拉到同樣的位置O點，登記測力計的讀數(shù)和細繩的方向，按同樣的比例作出這個力F′的圖示，比較F′與用平行四邊形法則求得的合力F，比較合力大小是否相等，方向是否相同。（6）轉變F1和F2的夾角和大小，再做兩次。點撥：轉變分力大小和夾角再做兩次時，每次都把橡皮條的結點拉到O點，為了直觀地看出分力可能大于合力，可以使其中一次兩個分力的夾角大于120°。[試驗記錄]項目次數(shù)分力F1（牛）分力F2（牛）用平行四邊形法則作圖量出合力F用一個測力計直接測出F1、F2的合力F′F′與F的夾角θ（度）12.023點撥（1）：試驗中依據(jù)記錄兩個分力F1、F2的夾角a和對應的一個彈簧秤測出的實際合力F′描點作圖象，如圖2-2所示，則由圖象可求出這個彈簧秤的實際拉力的值域和對應分力的值域。對（甲）圖，由|F1-F2|=2牛，F(xiàn)1+F2=10牛，得F′∈[2牛，10牛]F1（或F2）∈[4牛，6牛]；對（乙）圖由|F1-F2|=2，F(xiàn)+F22=102得F′∈[2牛，14牛]，F(xiàn)1（或F2）∈[6牛，8牛]。點撥（2）：互成角度兩個力的合力的變化，看橡皮條結點O的位置變化，而在每次試驗中橡皮條結點的位置是不能轉變的。點撥（3）：綜上述，本試驗誤差主要來源有：①用兩個測力計拉橡皮條時，橡皮條、細繩和測力計不在同一個平面內，這樣兩個測力計的水平分力的實際合力比由作圖法得到的合力小。②結點O的位置和兩個測力計的方向畫得不準，造成作圖的誤差。③兩個分力的起始夾角a太大，如大于120°，再重做兩次試驗，為保證結點O位置不變（即保證合力不變），則a變化范圍不大，因而測力計示數(shù)變化不顯著，讀數(shù)誤差大。④作圖比例不恰當造成作圖誤差。試驗中易混淆的是：量角器測量的F′與F的偏角θ與不需測量的F1與F2的夾角a。易錯的是：由作圖法得到的合力F和單個測力計測量的實際合力F′錯亂，易忘的是：遺忘檢查測力計的零點，忘了登記用一個彈簧秤測量的實際合力F′的大小和方向。[試驗結論]用平行四邊形法則作圖量出兩個分力F1、F2的合力F與用一個測力計直接測出的合力F′，在誤差范圍內是相等的。3．試驗變通變通（1）：在驗證兩個互成角度的共點力合成遵從平行四邊形法則的試驗中，只用一個測力計，其他的器材不變，請敘述試驗步驟和方法。變通（2）：不用彈簧秤，只用三條相同的橡皮條、四個圖釘、一把直尺和一支鉛筆、三張白紙、平木板也可以驗證平行四邊形法則、其步驟、方法如下：①將三條橡皮的一端都拴在一個圖釘O上，將這三條橡皮的另一端分別再拴一個圖缽A、B、C，留意此時四個圖釘均未固定在板上，如圖2-3。②用直尺測出橡皮條的自由長度L0，留意從圖釘腳之間測起。③將拴有橡皮的圖釘A、B適當張開釘在木板上，拉第三根橡皮C，即使三條橡皮互成角度拉伸，待節(jié)點處的圖釘O靜止時，釘下C圖釘，并記錄圖釘O的位置（留意此時O圖釘不能釘）記錄圖釘A、B、C的位置，（此時圖釘有孔，不需鉛筆）④測出這三條橡皮的長度L1、L2、L3，分別算出它們的伸長量X1=L1-L0，X2=L2-L0，X3=L3-L0。⑤將X1、X2、X3按確定比例圖示出來，以X1、X2為鄰邊作平行四邊形，求出其對角線OC′，比較OC′與OC的長度（即X3的長度）相等，且在一條直線上，則達到目的，若OC′與OC有一微小夾角θ，則有誤差（圖2-3所示）。本試驗是依據(jù)圖釘O受到三個平面共點力而靜止，任意兩個力的合力與第三個力大小相等方向相反的原理。4．練習（1）在《互成角度的兩個共點力的合成》試驗中，用A、B兩只彈簧秤把結點拉到某一位置O，這時兩繩套AO、BO的夾角∠AOB<90°，如圖2-4所示，現(xiàn)轉變彈簧秤A的拉力方向而不轉變拉力大小，使a角減小，那么要使結點仍被拉到O點就應調整彈簧秤B的拉力大小及β角，則下列調整方法可行的是[]增大彈簧秤B的拉力的同時增大β角B．增大彈簧秤B的拉力的同時保持β角不變C．保持B的拉力大小不變，增大β角D．增大B的拉力的同時減小β角（2）在互成角度的兩個力的合成試驗中，某同學用長釘代替圖釘固定橡皮條于A點，操作時，一個測力計向上仰角為a，另一個測力計向下傾角為β，而只用一個測力計拉結點至O點時，測力計保持水平，如圖2-5所示，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)畫出了圖2-6，則下列說法正確的是[]A．圖2-6中標出的F1、F2和F、F′四個力，其中F′不是由測力計直接測量的。B．圖2-6中F1