高中物理力的合成和分解實驗教學教案

　　1、共點力的合成與分解

　　實驗儀器：力的合成分解演示器(J2152)、鉤碼(一盒)、平行四邊形演示器

　　教師操作：把演示器按事先選定的分力夾角和分力大小，調整位置和選配鉤碼個數;把匯力環上部連接的測力計由引力器拉引來調節角度，并還要調節拉引力距離，使匯力環懸空，目測與坐標盤同心;改變分力夾角，重做上邊實驗。

　　實驗結論：此時測力計的讀數就是合力的大小;分力夾角越小合力越大，分力夾角趨于180度時合力趨近零。

　　力的合成分解演示器：

　　教師操作：用平行四邊形演示器O點孔套在坐標盤中心桿上，調整平行四邊形重合實驗所形成四邊形，用緊固螺帽壓緊，學生可直觀的在演示器上看出矢量作圖。

　　2、驗證力的平行四邊形定則(學生實驗)

　　實驗儀器：方木板、白紙、橡皮筋、細繩套2根、平板測力計2只、刻度尺、量角器、鉛筆、圖釘3-5個

　　實驗目的：驗證互成角度的兩個共點力合成的平行四邊形定則。

　　實驗原理：一個力F的作用效果與兩個共點力F1和F2的共點作用效果都是把橡皮筋拉伸到某點，所以F為F1和F2的合力。做出F的圖示，再根據平行四邊形定則做出F1和F2的合力F?的圖示，比較F?和F是否大小相等，方向相同。

　　學生操作：

　　(1)白紙用圖釘固定在方木板上;橡皮筋一端用圖釘固定在白紙上，另一端拴上兩根細繩套。

　　(2)用兩只測力計沿不同方向拉細繩套，記下橡皮筋伸長到的位置O，兩只測力計的方向及讀數F1、F2，做出兩個力的圖示，以兩個力為臨邊做平行四邊形，對角線即為理論上的合力F?，量出它的大小。

　　(3)只用一只測力計鉤住細繩套，將橡皮筋拉到O，記下測力計方向及讀數F，做出它的圖示。

　　(3)比較F?與F的大小與方向。

　　(4)改變兩個力F1、F2的大小和夾角，重復實驗兩次。

　　實驗結論：在誤差允許范圍內，證明了平行四邊形定則成立。

　　注意事項：

　　(1)同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計鉤好后對拉，若兩只彈簧測力計在拉的過程中讀數相同，則可選，若不同，應另換，直到相同為止;使用時彈簧測力計與板面平行。

　　(2)在滿足合力不超過彈簧測力計量程及橡皮筋形變不超過彈性限度的條件下，應使拉力盡量大一些，以減小誤差。

　　(3)畫力的圖示時，應選定恰當的標度，盡量使圖畫得大一些，但也不要太大而畫出紙外;要嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作圖。

　　(4)在同一次實驗中，橡皮筋拉長后的節點O位置一定要相同。

　　(5)由作圖法得到的F和實驗測量得到的F?不可能完全符合，但在誤差允許范圍內可認為是F和F?符合即可。

　　誤差分析：

　　(1)本實驗誤差的主要來源——彈簧秤本身的誤差、讀數誤差、作圖誤差。

　　(2)減小誤差的方法——讀數時眼睛一定要正視，要按有效數字正確讀數和記錄，兩個力的對邊一定要平行;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ΔF也越大，所以實驗中不要把θ取得太大。

　　3、研究有固定轉動軸物體的平衡條件

　　實驗儀器：力矩盤(J2124型)、方座支架(J1102型)、鉤碼(J2106M)、杠桿(J2119型)、測力計(J2104型)、三角板、直別針若干

　　實驗目的：通過實驗研究有固定轉動軸的物體在外力作用下平衡的條件，進一步明確力矩的概念。

　　教師操作：

　　(1)將力矩盤和一橫桿安裝在支架上，使盤可繞水平軸自由靈活地轉動，調節盤面使其在豎直平面內。在盤面上貼一張白紙。

　　(2)取四根直別針，將四根細線固定在盤面上，固定的位置可任意選定，但相互間距離不可取得太小。

　　(3)在三根細繩的末端掛上不同質量的鉤碼，第四根細繩掛上測力計，測力計的另一端掛在橫桿上，使它對盤的拉力斜向上方。持力矩盤靜止后，在白紙上標出各懸線的懸點(即直別針的位置)和懸線的方向，即作用在力矩盤上各力的作用點和方向。標出力矩盤軸心的位置。

　　(4)取下白紙，量出各力的力臂L的長度，將各力的大小F與對應的力臂值記在下面表格內(填寫時應注明力矩M的正、負號，順時針方向的力矩為負，反時針方向的力矩為正)。

　　(5)改變各力的作用點和大小，重復以上的實驗。

　　注意事項：

　　(1)實驗時不應使力矩盤向后仰，否則懸線要與盤的下邊沿發生摩擦，增大實驗誤差。為使力矩盤能靈活轉動，必要時可在軸上加少許潤滑油。

　　(2)測力計的拉力不能向下，否則將會由于測力計本身所受的重力而產生誤差。測力計如果處于水平，彈簧和秤殼之間的摩擦也會影響結果。

　　(3)有的力矩盤上畫有一組同心圓，須注意只有受力方向與懸點所在的圓周相切時，圓半徑才等于力臂的大小。一般情況下，力臂只能通過從轉軸到力的作用線的垂直距離來測量。

　　4、共點力作用下物體的平衡

　　實驗儀器：方木板、白紙、圖釘、橡皮條、測力計3個(J2104型)、細線、直尺和三角板、小鐵環(直徑為5毫米的螺母即可)

　　實驗目的：通過實驗掌握利用力的平行四邊形定則解決共點力的平衡條件等問題的方法，從而加深對共點力的平衡條件的認識。

　　教師操作：

　　(1)將方木板平放在桌上，用圖釘將白紙釘在板上。三條細線將三個測力計的掛鉤系在小鐵環上。

　　(2)將小鐵環放在方木板上，固定一個測力計，沿兩個不同的方向拉另外兩個測力計。平衡后，讀出測力計上拉力的大小F1、F2、F3，并在紙上按一定的標度，用有向線段畫出三個力F1、F2、F3。把這三個有向線段廷長，其延長線交于一點，說明這三個力是共點力。

　　(3)去掉測力計和小鐵環。沿力的作用線方向移動三個有向線段，使其始端交于一點O，按平行四邊形定則求出F1和F2的合力F12。比較F12和F3，在實驗誤差范圍內它們的大小相等、方向相反，是一對平衡力，即它們的合力為零。由此可以得出F1、F2、F3的合力為零是物體平衡的條件，如果有更多的測力計，可以用細線將幾個測力計與小鐵環相連，照步驟2、3那樣，畫出這些作用在小鐵環上的力F1、F2、F3、F4……，它們仍是共點力，其合力仍為零，從而得出多個共點力作用下物體的平衡條件也是合力等于零。

　　注意事項：

　　(1)實驗中所說的共點力是在同一平面內的，所以實驗時應使各個力都與木板平行，且與木板的距離相等。

　　(2)實驗中方木板應處于水平位置，避免重力的影響，否則實驗的誤差會增大。

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