1实验：互成角度的两个力的合成.doc

广东省游乐设备事务所 专业设计开发物理学中所指的力是物体间的相互作用。相互作用是指一个物体的运动会因为其他物体的存在而改变。如何定量地描述相互作用呢？定义某时刻作用在某物体上的力这种相互作用正比于该物体此刻速度的变化率1，也正比于该物体的质量。如果选取一定的单位制，取比例系数为1，就是牛顿定义的力的定量方法，即F=ma.其中m代表物体的惯性质量，a代表加速度。此公式使用国际单位制，质量单位用千克，加速度单位用米每二次方秒，所以SI（国际单位制符号）中力的单位是千克米每二次方秒（kgm/(s2)），即牛顿(N)。 为什么要这样定义呢？因为定义任何概念的原则就是要便于使用。可以从最基本的事实出发研究这种定义的合理性。这些事实是：时空的均匀性与各向同性，任意惯性系的平权等等。实验：互成角度的两个力的合成 知识梳理 1实验目的 验证平行四边形定则 2验证原理 如果两个互成角度的共点力F。、F。作用于橡皮筋的结点上，与只用一个力F作用于橡皮筋的结点上，所产生的效果相同(橡皮条在相同方向上伸长相同的长度)，那么，F就是F1和F2的合力。根据平行四边形定则作出两共点力F1和F2的合力F的图示，应与F的图示等大同向。 3实验器材 方木板一块；白纸；弹簧秤(两只)；橡皮条；细绳套(两个)；三角板；刻度尺；图钉(几个)；细芯铅笔。 4实验步骤 用图钉把白纸钉在方木板上。 把方木板平放在桌面上，用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。(固定点A在纸面外) 用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置o(如图1133所示)。(位置0须处于纸面以内) 用铅笔描下结点0的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。 从力的作用点(位置o)沿着两条绳套的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的拉力F，和F：的图示，并用平行四边形定则作出合力F的图示。 只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置o，记下弹簧秤的读数和细绳的方向。用刻度尺从。点按同样标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F的图示。 比较力F的图示与合力F的图示，看两者是否等长，同向。 改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次。 5注意事项 不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳再连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置。 不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条，要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化。 A点应选在靠近木板上边中点为宜，以使。点能确定在纸的上侧，结点O的定位要力求准确，同一次实验中橡皮条拉长后的结点位置0必须保持不变。 弹簧秤在使用前应将其水平放置，然后检查、校正零点。将两弹簧秤互相钩着水平拉伸，选择两只读数完全一致的弹簧秤使用。 施加拉力时要沿弹簧秤轴线方向，并且使拉力平行于方木板。 使用弹簧秤测力时，拉力适当地大一些。 画力的图示时应选择适当的标度，尽量使图画得大一些，要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形。 特别说明： 实验采用了等效的方法：实验中，首先用两只弹簧秤通过细绳互成角度地拉一端固定的橡皮条，使细绳的结点延伸至某一位置O，再用一只弹簧秤拉橡皮条，并使其结点位置相同，以保证两只弹簧秤的拉力的共同作用效果跟原来一只弹簧秤的拉力的效果相同，若按平行四边形定则求出的合力的大小和方向跟第二次一只弹簧秤的拉力的大小和方向完全相同，或者误差很小，这就验证了互成角度的共点力合成的平行四边形定则的正确性。 在做到两共点力F1、F2与F等效的前提下，准确做出 F1和F2的图示，用平行四边形定则做出其合力F的图示，以及F的图示是本实验成功的关键，为此，要求F1、F2的大小方向，须记录准确，做图示时要选择合适的标度，以使所做平行四边形尽量大，画平行四边形的平行线时，要用两只三角板或一只三角板和一把直尺，严格作图。 实验误差的来源与分析 本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外，还出现读数误差、作图误差。因此，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录，两力的对边一定要平行，两个分力F1、F2问夹角越大，用平行四边形作用得出的合力F的误差F就越大，所以，实验中不要把取得太大。本实验允许的误差范围是：力的大小F5F，F与F的夹角70。 例题评析【例16】 在做“验证力的平行四边形定则”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条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位置允许变动 B实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度 C实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤的大小和方向，把橡皮条另一端拉到0点 D实验中，把橡皮条的另一端拉到。点时，两个弹簧秤之间夹角应取90。，以便于算出合力大小【分析与解答】在同一次实验中两个力F。和F2的作用效果与一个力F的作用效果相同，这个力F才是F，与F2的合力，这个作用效果相同与否就是通过两次拉橡皮条时结点位置是否达到同一个位置来体现的，所以在同一次实验过程中，结点0的位置不允许变动，A选项是错误的；为使实验结果准确，实验时，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时眼睛必须正视弹簧秤的刻度，所以选项B是正确的；由力的平行四边形定则可知如果在实验中先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，那么另一弹簧秤不论沿什么方向再加一个力拉结点，则第一个弹簧秤的拉力就超过它的量程，不能再继续实验了。所以必须同时用两个弹簧秤沿不同方向拉橡皮条的结点到某一位置O点，或者先将一个弹簧秤沿某一方向拉橡皮条，使它的示数指某一中间值，再用男一个弹簧秤拉结点，调节两者示数的大小和方向，才能把橡皮条的结点拉到某一位置。点，所以选项C也是错误的；选项D也是错误的，因为本实验的目的是用实验验证平行四边形定则，所以实验结果不能用平行四边形定则计算。 本题要求谜错误的选项，应为A、C、D。 能力训练71在验证力的平行四边形定则的实验中，使b弹簧秤按图示位置开始顺时针缓慢转动，在这过程中保持O点位置不变和a弹簧秤的拉伸方向不变，b在整个过程中关于a、b弹簧秤的读数变化是 Aa增大，b减小 Ba减小，b增大 Ca减小，b先增大后减小 Da减小，b先减小后增大2在“验证力的平行四边形定则”的实验中，所用的主要装置如图甲所示，若用Fl和 F2分别表示用两只弹簧秤同时拉橡皮条时两弹簧秤的读数，F是根据力的平行四边形定则求出的F1和F2的合力，F是单独用一只弹簧秤拉橡皮条时的读数。则下列说法中正确的是 A此实验中合力与分力产生的作用效果是把弹簧秤拉到一定的刻度 B此实验中合力与分力产生的作用效果是把系橡皮条绳套的结点拉到同一点O处c若据实验要求的符号表示各个力，则图乙(1)的实验结果是遵循实验事实的 D若据实验要求的符号表示各个力，则图l一135乙(2)的实验结果是遵循实验事实的3做“验证平行四边形形定则”实验。实验步骤如下： (1)在水平放置的木板上，固定一张白纸。 (2)把橡皮筋的一端固定0点，男一端拴两根带套的细线，细线与橡皮筋的交点叫做结点。 (3)在纸面离。点比橡皮筋略长的距离上标出A点 (4)在两个弹簧秤分别沿水平方向拉两个细套，把结点拉至A点，如右图所示，记下此时两力F1和Fz的方向和大小。 (5)改用一个弹簧秤沿水平方向拉绳套，仍把结点拉至A点，记下此时力F的方向和大小。 (6)拆下弹簧秤和橡皮筋 ，请你写出下面应继续进行的实验步骤： 模拟测试一、选择题1下列说法，正确的是 （ ） A物体所受摩擦力的大小不仅跟接触面的性质和物体对接触面的压力有关，有时也跟物体的运动情况有关 B静摩擦力的方向总是沿接触面的切线方向，且跟物体运动的方向相反 C滑动摩擦力的大小f 跟物体对接触面压力的大小N成正比，其中N是弹性力，在数值上等于物体的重力 D静摩察力是变力，压力增大时，静摩擦力也随着增大图1FAB2如图1所示，绳与杆均轻质，承受弹力的最大值一定，A端用铰链固定，滑轮在A点正上方（滑轮大小及摩擦均可不计），B端吊一重物。现施拉力F将B缓慢上拉（均未断），在AB杆达到竖直前（ ）A绳子越来越容易断，B绳子越来越不容易断，CAB杆越来越容易断，DAB杆越来越不容易断。3如图2，在粗糙的水平面上放一三角形木块a，若物体b在a的斜面上匀速下滑，则（ ）ab图2Aa保持静止，而且没有相对于水平面运动的趋势Ba保持静止，但有相对于水平面向右运动的趋势Ca保持静止，但有相对于水平面向左运动的趋势D因未给出所需数据，无法对a是否运动或有无运动趋势作出判断.4当担心手中竖直拿着的瓶子掉下去时，总是努力把它握得更紧些，这样做的最终目的是（ ）A增大瓶子所受的合外力 B增大手对瓶子的压力C增大手对瓶子的摩擦力 D增大手对瓶子的最大静摩擦力图35如图3，物体静止于光滑水平面上，水平力F作用于物体的O点， 如果要使物体所受的合力方向沿着，应对物体再加一个力， 这个力的最小值是 （ ）FcosFsinFtanFcot图46如图4所示，AOB为水平放置的光滑杆，夹角AOB等于60， 杆上分别套着两个质量都是m的小环，两环由可伸缩的弹性绳连接，若在绳的中点C施以沿AOB 的角平分线水平向右的拉力F，缓慢地拉绳，待两环受力达到平衡时，绳对环的拉力T跟F的关系是（ ）T=F； TF；TF； T=Fsin30。AB图57如图5所示，A、B两长方体物块的质量分别为1.8kg和0.6kg，放在倾角为=30的斜面上，作用在A上的水平推力（垂直于纸面向里，图中未画出）F=16N时物块A、B静止不动。则此时物块A受斜面的摩擦力和物块A受到物块B的摩擦力的大小为（ ）取g=10m/s2A16N，16N B16N，3NC20N，6N D20N，3N图68如图6所示，人重G1，板AB重G2，滑轮质量和绳的质量及轴上的摩擦可不计，若要求该装置能平衡，则G1和G2必须满足（ ）AG1=G2 BG1G2CG1G2/3； DG1G2/39一个截面是直角三角形的木块放在水平地面上，在斜面上放一个光F图7 滑球，球的一侧靠在竖直墙上，木块处于静止，如图7所示。若在光滑球的最高点再施加一个竖直向下的力F，木块仍处于静止，则木块对地面的压力N和摩擦力f的变化情况是（ ）AN增大，f增大 BN增大，f不变CN不变，f增大 DN不变，f不变ABG图810如图8所示，轻质弹簧A和B的劲度系数分别为k1和k2，它们都处在竖直方向上。悬挂在下面的动滑轮，其重力不计。当滑轮的下边挂上重量为G的重物时，滑轮下降的距离是（ ）A BC D二、实验题图911在互成角度的两个共点力的合成实验中，做好实验准备后，先用两个弹簧秤把橡皮条的结点拉到某一位置O，此时学生需要记录的是 ， 和 ，接着用一个弹簧秤拉橡皮条，要特别注意的是 假如在保持两分力大小不变的条件下完成共点力合成实验，由实验数据得到如图9所示合力F与两分力间夹角的关系图线，则合力的变化范围是 ，两分力的大小分别是 12如图10所示，在互成角度的两个共点力的合成实验中，若先用互成锐角的两个力F1和F2橡皮条的结点拉到位置O，然后保持读数是F2的弹簧秤的示数不变而逐渐增大角，在此过程中，若要保持O点位置不动，则另一个弹簧秤拉力的大小F1和方向与原来相比可能发生怎样的变化? 图10AFl一直变大， 角先变大后变小BFl 一直变大，角先变小后变大CFl一直变小， 角先变大后变小DFl一直变小， 角先变小后变大三、计算题ABFOPQ图1113如图11所示，水平放置的两根固定的光滑硬杆OA、OB之间的夹角为，在两杆上各套轻环P、Q，两环用轻绳相连，现用恒力F沿OB杆方向向右拉环Q，当两环稳定时，绳的拉力是多大？AB图1214如图12所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为。质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，求地面对三棱柱支持力和摩擦力各为多少？ABCPQ图1315如图13，用光滑的粗铁丝做成一个直角三角形，BC边水平，AC边竖直，ABC=，AB及AC边上分别套有细线系着的铜环P、Q，当它们静止时，细线跟AB边的夹角的范围是多少？图14甲0.2mx/mF/N0.10.20.3012345图14乙16一根大弹簧内套一根小弹簧，大弹簧比小弹簧长0.2m，它们的一端平齐并固定，另一端自由如图14甲所示，当压缩此组合弹簧时，测得力与压缩距离之间的关系图线如图14乙所示，则大弹簧的劲度系数k1和大弹簧的劲度系数k2分别为多少？ABCDF图1517如图15所示，ABCD为一倾角=30