力的合成实验含习题及答案.docx
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力的合成实验含习题及答案
力的合成实验(含习题及答案)
(一)实验目的
探究共点力的合成
(二)实验原理
结点受三个共点力作用处于平衡状态,则F1与F2之合力必与橡皮条拉力平衡,改用一个拉力F′使结点仍到O点,则F′必与F1和F2的合力等效,以F1和F2为邻边作平行四边形求出合力F,比较F′与F的大小和方向,验证互成角度的两个力的合成的平行四边形定则.
(三)实验器材
方木板、白纸、弹簧秤(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉若干、细芯铅笔.
(四)实验步骤
①用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上.
②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.
③用两只弹簧秤分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点拉到某一位置O,如图标记,记录两弹簧秤的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两个细绳套的方向.
④用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧秤的读数F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线
,此对角线即为合力F的图示.
⑤只用一只弹簧秤钩住细绳套,把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧秤的读数F′和细绳的方向,用刻度尺从O点按选定的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F′的图示.
⑥比较一下,力F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向.
⑦改变两个力F1与F2的大小和夹角,重复实验两次.
五,注意事项
1.实验时,弹簧秤必须保持与木板平行,且拉力应沿轴线方向,以减小实验误差.测量前应首先检查弹簧秤的零点是否准确,注意使用中不要超过其弹性限度
弹簧秤的读数应估读到其最小
刻度的下一位.弹簧秤的指针,拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生摩擦.
2.在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过
其弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减小误差.
3.画力的图示时,应选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,但也不要太大而画出纸外,要严格按力的图示要求和几何作图法作图.
4.在同一次实验中,橡皮条拉长的结点O位置一定要相同.
5.由作图法得到的F和实验测量得到的F′不可能完全符合,但在误差允许范围内可认为是F和F′符合即可.
典例剖析
例1在做“探究共点力的合成规律”实验时:
(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧秤、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外,还必须有_______和________.
(2)要使每次合力与分力产生相同的效果,必须()
A.每次将橡皮条拉到同样的位置
B.每次把橡皮条拉直
C.每次准确读出弹簧秤的示数
D.每次记准细绳的方向
(3)为了提高实验的准确性,减小误差,实验中应注意什么?
解析:
(1)橡皮条、三角板
(2)两个分力
产生的效果使橡皮条的结点到某一位置,此时橡皮条中的弹力与两个分力的合力相
平衡.要想每次合力与分力的效果都相同,则每次将橡皮条拉到同样的位置.故选A.
(3)应注意:
①选用弹性小的细绳;②橡皮条、细绳和弹簧秤的轴应在同一平面上,且与板面平行
贴近等.
二、疑难点拨
例2在“探究共点力的合成规律”实验中,橡皮条一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到
某一位置O点.以下操作中错误的是()
A.同一次实验过程中,O点的位置允许变动
B.在实验中,弹簧秤必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤的刻线
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拉力的大小和方向,把橡皮条结点拉到O点
D.实验中,把橡皮条的结点拉到O点时,两秤之间的夹角应取90°不变,以便于计算合力的大小
解析:
A项O点位置不允许变动,这样才可以使两次效果相同;C项中不允许将秤的拉力大小拉
到最大量程,这样不便于调节;D项中两秤之间的夹角是任意的,使平行四边形定则具有一般性.
答案:
ACD
典例剖析
例3如图所示是两位同学在做“探究共点力的合成规律”的实验时得到的结果,其中哪一个实验结果比较符合实验事实?
在比较符合实验事实的一个结果中,若F′是准确的,则误差较大的原因可能是哪些?
解析:
按本实
验的要求,F为F1和F2通过平行四边形定则所得合力;F′为F1和F2的等效力,即用一只弹簧秤拉时的力.橡皮条在这个力的作用下,其力的方向与橡皮条的伸长方向在一条直线上,显然图(b)不符合事实,比较符合实验事实的是图(a).图(a)中F与F′误差较大的原因可能是:
①F1的方向比真实方向偏左;②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左;③作图时两虚线不与F1线和F2线平行.F是按平行四边形定则作出的合力是理论值,用一个弹簧秤拉时测出的力F′为实验值.本实验就是要用现在的实验结果和已有实验结果进行比较,检查已有的实验结论是否正确,达到验证的目的.
三、课堂作业
1.下面列出的措施中,哪些是有利于改进本节实验结果的()
A.橡皮条弹性要好,拉到O点时拉力适当大些
B.两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C.拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计平行贴近木板面
D.拉橡皮条的绳要细,而且要稍长一些
2.在“探究共点力的合成”的实验中,为了减小实验误差,应注意()
A.描点、作图时的铅笔应尖一些,图的比例适当大一些
B.拉橡皮条的细绳适当长一些
C.在用两个弹簧测力计拉时,两细绳间的夹角尽量大些
D.在用两个弹簧测力计拉时,两个弹簧测力计的示数适当大些
3.在“探究共点力的合成规律”实验中,橡皮条的一端固定在A点,另一端被两个弹簧秤拉到O点,如图甲所示.两弹簧秤读数分别为F1和F2,细绳方向分别与OA直线延长线的夹角为α1和α2,如图乙所示.以下说法中正确的是()
A.O点位置不变,合力不变
B.用平行四边形定则求得的合力F一定沿OA直线方向
C.若不改变O和α1,F1增大,F2必减小
D.合力必大于F1或F2
4.李明同学在做“探究共点力的合成规律”实验时,利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的大小,如图(a)所示,
(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示,并用F表示此力.
(2)有关此实验,下列叙述正确的是_______
A.两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大
B.橡皮筋的拉力是合力,两弹簧秤的拉力是分力
C.两次拉橡皮筋时,需将橡皮筋结点拉到同一位置O.这样做的目的是保证两次弹簧秤拉力的效果相同
D.若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只需调整一只弹簧秤拉力的大小即可
(3)图(b)所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果,其中哪一个实验比较符合实验事实?
(力F′是用一只弹簧秤拉时的图示)
答:
__________________________________________
(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中,造成误差的主要原因是:
(至少写出两种情况)
答:
___________________________________________.
5.在“探究共点力的合成规律”的实验中某同学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.
(1)图乙中的_______是力F1和F2的合力的理论值;_________是力F1和F2的合力的实
际测量值.
(2)在实验中,如果将细绳也换成橡皮筋,那么实验结果是否会发生变化?
答:
___________.(选填“变”或“不变”)
6.如图所示,在探究共点力的合成规律实验中橡皮筋一端固定于P点,另一端连接两个弹簧秤,使这端拉至O点,现使F2大小不变地沿顺时针转过某一角度,相应地使F1的大小及图中β角发生变化.则相应的变化可能是()
A.F1一
定增大
B.F1也可能减小
C.F1若增大,β角一定减小
D.F1若增大,β角可能增大
课后练习
第6课时实验二探究共点力的合成规律
1.下面列出的措施中,哪些是有利于改进本实验结果的( )
A.橡皮条弹性要好,拉到O点时拉力能适当大些
B.两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C.拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧秤平行贴近木板面
D.拉橡皮条的绳要细,而且要稍长一些
2.探究共点力的合成规律的实验原理是等效原理,其等效性是指( )
A.使两分力与合力满足平行四边形定则
B.使两次橡皮筋与细绳套的结点都与某点O重合
C.使两次橡皮筋伸长的长度相等
D.使弹簧秤在两种情况下发生相同的形变
3.用平木板、细绳套、橡皮条、测力计等做“探究共点力的合成规律”的实验,为了使验能够顺利进行,且尽量减小误差,你认为下列说法或做法能够达到上述目的的是( )
A.使用测力计前应将测力计水平放置,然后检查并矫正零点
B.用测力计拉细绳套时,拉力应沿弹簧的轴线,且与水平木板平行
C.两细绳套必须等长
D.用测力计拉细绳套时,拉力应适当大些,但不能超过测力计的量程
E.同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置
4.在“探究共点力的合成规律”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如图1-6-5).实验中需用两个弹簧秤分别勾住细绳套,并互成角度地拉橡皮条.某同学认为在此过程中必须注意以下几项:
图1-6-5
A.两根细绳必须等长
B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C.在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
其中正确的是________.(填入相应的字母)
5.
(1)要使每次合力与分力产生相同的效果,必须________.
A.每次将橡皮条拉到同样的位置B.每次把橡皮条拉直
C.每次准确读出弹簧秤的示数D.每次记准细绳的方向
(2)为了提高实验的准确性,减小误差,实验中应注意________________,________________.
6.在探究共点力的合成规律实验中得到如下数据,请选择合适的标度在图1-6-6方框中作图完成实验数据的处理.
图1-6-6
7.如图1-6-7甲为“探究共点力的合成规律”的实验装置.
(1)下列说法中正确的是________.
A.在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中,橡皮条结点O的位置不能变化
B.弹簧测力计拉细线时,拉力方向必须竖直向下
C.F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程
D.为减小测量误差,F1、F2方向间夹角应为90°
(2)弹簧测力计的指针如图1-6-7乙所示,由图可知拉力的大小为________N.
8.(2009·山东,23)某同学在家中尝试探究共点力的合成规律,他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子,设计了如下实验:
将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上,另一端与第三条橡皮筋连接,结点为O,将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物.
(1)为完成该实验,下述操作中必需的是________.
a.测量细绳的长度b.测量橡皮筋的原长
c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度d.记录悬挂重物后结点O的位置
(2)钉子位置固定,欲利用现有器材,改变条件再次验证,可采用的方法是________.
答案
随堂训练
1.解析:
拉力“适当”大些能减少误差;而夹角“尽量”大些,则使作图误差变大;橡皮条等“贴近”木板,
目的是使拉线水平;绳细稍长便于确定力的方向性.答案:
ACD
2.解析:
作图时比例大些,使弹簧测力计的示数大些,可以减小相对误差.拉橡皮条的细绳长些,可使记录绳方向的点与结点O的距离大些,减小连线时的误差.因此A、B、D选项所述都能起到减小相对误差的作用.在实验中,两个分力F1、F2的夹角θ越大,用平行四边形作图时得出的合力F的误差也越大,所以在实验中不能把角θ取得太大.答案:
ABD
3.答案:
A
4.答案:
(1)
(2)AC(3)张华做的
符合实验事实
(4)1、F1的方向比真实方向偏左.2、F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左.3、作图时两条虚线不分别与F1线和F2线平行.
5.解析:
(1)F1和F2的合力从理论上讲应该是F,因为它们的
合力从效果上讲就是使结点到达O点位置,而用一个弹簧秤拉的效果也是使结点到达O点位置,所以F1和F2的合力方向从理论上应该与AO在同一直线上.但在实验时F1和F2的大小和方向有误差,所以F′是F1和F2的测量值.
(2)若将细绳换成橡皮筋
,实验结果不会发生变化,在实验时只要每次把结点拉到O点位置,效果是一样的.答案:
(1)FF′
(2)不变
6.解析:
O点位置不变说明F1,F2合力不变,以O点为圆心,以F2为半径做圆:
矢量三角形关系,由图可看出β角先增大后减小而F1一直增大.当F1与F2垂直时β角最大.
答案:
AD
第6课时实验二验证力的平行四边形定则
1.答案:
ACD
2.答案:
B
3.答案:
ABDE
4.解析:
该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果,不必要求两分力等大,故B错;与两绳长短无关,A错;但需使两分力与合力在同一平面内,故C正确.答案:
C
5.答案:
(1)A
(2)选用弹性小的细绳 橡皮条、细绳和弹簧秤的轴线应在同一平面上,且与板面平行贴近等
6.答案:
作图如下
7.解析:
(1)在测量同一组数据的过程中,橡皮条结点O的位置不能变化,如果变化,即受力变化,所以A选项正确;由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O,定滑轮只能改变力的方向不能改变力的大小,所以弹簧测力计拉线的方向不一定要沿竖直方向,B选项错误;弹簧测力计的使用,不能超过其量程,C选项正确;两个拉力的方向合适即可,不宜太大,也不宜太小,但不一定为90°,所以D选项错误.
(2)由图可读出弹簧测力计的读数为4.00N.答案:
(1)AC
(2)4.00
8.解析:
运用等效思想来验证力的平行四边形定则,即要验证以两力为平行四边形的邻边,作平行四边形,其对角线是否和合力相符.本小题中结点受三个力,其中两个力的合力与第三个力等大反向,故先测出各力的大小和方向,然后作出各力的图示,以两边为邻边做平行四边形,如果在实验误差范围内平行四边形的对角线与第三个力等大反向,即可验证.为测量各力的大小故需要记录橡皮筋原长、悬挂重物后的长度以及记录悬挂重物后O点位置.故应选b、c、d.可以通过改变小重物改变各力的大小.
答案:
(1)bcd
(2)更换不同的小重物
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