《2025年优化探究同步导学案高中物理必修第一册人教版》

[例2] 某同学用如图甲所示的装置做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。将一木板(图中未画出)竖直放置，与铁架台和轻弹簧所在平面平行。其部分实验操作如下，请完成下列相关内容。

(1)如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置$O$。
(2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置$O$，记录细绳套$AO$、$BO$的方向及两弹簧测力计相应的读数。图乙中$B$弹簧测力计的读数为11.40$N$。
(3)该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力$F_A$、$F_B$的大小和方向如图丙所示，请在图丙中用平行四边形定则作出$F_A$、$F_B$的合力$F'$。
(4)已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力$F$如图丙所示，观察比较$F$和$F'$，得出结论：若在实验误差允许范围内F和F'等大同向，则合力与分力的关系遵循平行四边形定则。

答案：
（2）方向 11.40 （3）如图所示

（4）若在实验误差允许范围内F和F'等大同向，则合力与分力的关系遵循平行四边形定则

[针对训练] 1. (2024·辽宁鞍山高一上学期期末)以下是某实验小组探究两个互成角度的力的合成规律的过程。首先进行如下操作：
①如图甲，用两细绳套拴在橡皮条的一端形成一连接点，橡皮条的另一端固定在水平木板上的$G$点，橡皮条的原长为$GE$；
②如图乙，用两个弹簧测力计分别通过两个细绳套平行于木板拉动橡皮条。橡皮条和细绳套的连接点被拉到$O$点，记录下$O$点的位置，读出并记录两个弹簧测力计的读数和细绳套的方向；
③撤去$F_1$、$F_2$，改用一个弹簧测力计平行于木板拉住其中一根细绳套，仍将橡皮条和细绳套的连接点拉到$O$点，如图丙所示。读出并记录弹簧测力计的读数和细绳套即$GO$的方向；
④撤去器材，在白纸上取恰当的标度作出各力的图示以及以$F_1$、$F_2$为邻边的平行四边形，如图丁所示。

(1)关于上述实验步骤，以下说法正确的是B。
A. 步骤③中橡皮条和细绳套的连接点不拉到$O$点也可以
B. 实验中，细绳套的长度适当长些有利于提高实验精度
C. 若将细绳套换成细橡皮条则不能完成该实验
D. 实验中，两个弹簧测力计之间夹角最好取$90°$，以便于算出合力的大小
(2)如图丁，若$F$是以$F_1$、$F_2$为邻边构成的平行四边形的对角线，试判断F'(选填“$F$”或“$F'$”)是在步骤③中沿$GO$方向的力。
(3)在另一次实验中，在坐标纸中作出两弹簧测力计拉力的图示，如图戊所示。坐标纸中方格每边的长度表示$1.0\ N$，$O$是橡皮条和细绳套的连接点，则合力$F$的大小为5.0$N$(结果保留两位有效数字)。

答案：
（1）B （2）F' （3）5.0
解析：（1）本实验采用等效替代法，要保证两次拉力的作用效果相同，所以步骤③中橡皮条和细绳套的连接点必须也要拉到O点才行，故A错误；实验中，细绳套的长度适当长些有利于减小实验误差，提高实验精度，故B正确；若将细绳套换成细橡皮条，仍能记录实验中弹簧测力计拉力的大小和方向，也能完成该实验，故C错误；实验中，两个弹簧测力计之间夹角适当就行，不宜过大也不宜过小，故D错误。
（2）F是以F₁、F₂为邻边构成的平行四边形的对角线，是实验的测量值，由于存在实验误差，则不一定沿GO方向；而F'是一个弹簧测力计作用时候的拉力，是实验的真实值，则一定沿GO方向。
（3）根据作图法在坐标纸中作出F₁、F₂的合力F如图所示。

由于坐标纸中方格每边的长度表示1.0N，则合力F的大小为5.0N。