实验三　探究两个互成角度的力的合成规律

实验三探究两个互成角度的力的合成规律1.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验装置如图所示.(1)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图所示.其中,细绳CO对O点的拉力大小为2.60N.

(2)请将图中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图上.由图求出合力的大小F合=5.1N.

[解析]如图所示 (3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣,于是,他将刻度尺与弹簧测力计平行放置,如图所示,利用读得的数据,他得出了弹簧的劲度系数.那么,该弹簧的劲度系数k=60(保留两位有效数字)N/m.

[解析](1)由题图可读出细绳CO对O点的拉力大小为2.60N.(2)结合作图可求得合力大小为5.1N.(3)弹簧测力计0刻度线对应5.0mm,2.60N对应48.0mm,由胡克定律F=kx解得k=ΔFΔ2.如图所示,某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解.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,可在固定的板上沿圆弧移动.B固定不动,通过光滑铰链连接长0.3m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;④取下钩码,移动传感器A改变θ角;⑤重复上述实验步骤,得到数据见下表.F1/N1.0010.580…1.002…F2/N-0.868-0.291…0.865…θ30°60°…150°…(1)根据表格数据,A传感器对应的是表中力F1(选填“F1”或“F2”),钩码质量为0.05kg(g取10m/s2,结果保留一位有效数字).

(2)本实验中在挂钩码之前,对传感器进行调零,对此操作说明正确的是C(填选项前的字母).

A.因为事先忘记调零B.何时调零对实验结果没有影响C.为了消除横杆自身重力对结果的影响D.可以完全消除实验的误差[解析](1)A传感器中的力均为正值,故A传感器对应的是表中力F1.平衡时,有mg=F1sinθ,当θ=30°时,有F1=1.001N,解得m=0.05kg.(2)在挂钩码之前,对传感器进行调零,是为了消除横杆自身重力对结果的影响,故C正确.3.某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材探究两个互成角度的力的合成规律,设计了如图所示的实验装置,固定在竖直木板上的量角器的直边水平,橡皮筋的一端固定于量角器圆心O的正上方A处,另一端系绳套1和绳套2.主要实验步骤如下:a.弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O处,记下弹簧测力计的示数F;b.弹簧测力计挂在绳套1上,手拉着绳套2,缓慢拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O处,此时绳套1沿0°方向,绳套2沿120°方向,记下弹簧测力计的示数F1;c.根据力的平行四边形定则计算出绳套1的拉力F'1=①(用力F表示);

d.比较②,若在误差允许的范围内相同,则可初步验证;

e.只改变绳套2的方向,重复上述实验步骤.回答下列问题:(1)完成实验步骤:①

33F;②F1和F'1(2)将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向,同时绳套2由120°方向缓慢转动到180°方向,此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动,保持绳套1和绳套2的夹角为120°不变.关于绳套1的拉力大小的变化,下列结论正确的是A(填选项前的字母).

A.逐渐增大 B.先增大后减小C.逐渐减小 D.先减小后增大[解析](1)由平行四边形定则可知,绳套1的拉力F'1=Ftan30°=33F,通过比较F1和F'1,若在误差允许的范围内相同,则可初步验证(2)两个绳套在转动过程中,合力保持不变,根据平行四边形定则画出力的示意图,如图所示.由图可知,绳套1的拉力逐渐增大,故A正确.4.用如下的器材和方法可以验证“力的平行四边形定则”,在圆形桌子的透明桌面上平铺一张白纸,在桌子边缘安装三个光滑的滑轮,其中,滑轮P1固定在桌子边,滑轮P2、P3可沿桌边移动.第一次实验中,步骤如下:A.在三根轻绳下挂上一定数量的钩码,并使结点O静止;B.在白纸上描下O点的位置和三根轻绳的方向,以O点为起点,作出三根轻绳拉力的图示;C.以绕过P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形,作出O点为起点的平行四边形的对角线,量出对角线的长度;D.检验对角线的长度和绕过P1绳拉力的图示的长度是否一样,方向是否在一条直线上.(1)这次实验中,若一根绳挂的质量为m,另一根绳挂的质量为2m,则第三根绳挂的质量一定大于m且小于3m.

(2)第二次实验时,改变滑轮P2、P3的位置和相应绳上钩码的数量,使结点平衡,绳的结点不必(选填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合.实验中,若桌面不水平不会(选填“会”或“不会”)影响实验的结论.

[解析](1)第一次实验中,若一根绳挂的质量为m,另一根绳挂的质量为2m,则第三根绳挂的质量范围在m~3m