第11讲 探究两个互成角度的力的合成规律（课件）(共33张PPT) 2024年高考物理一轮复习（新教材新高考）

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第11讲探究两个互成

角度的力的合成规律

2024

高考一轮复习

01

复习目标

02

网络构建

03

知识梳理

题型归纳

04

真题感悟

目录

CONTENTS

内容索引

知识考点考点1：教材原型实验考点2：创新实验方案

夯基·必备基础知识梳理知识点：实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析知识点：实验方案的改进

提升·必考题型归纳考向1：实验原理与操作考向1：实验原理的创新

考向2：数据处理与误差分析考向2：实验器材的创新

复习目标

1、掌握实验的原理，学会用作图法，研究两个互成角度力的合成规律，并会做出必要的误差分析。

2、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。

考情分析

网络构建

01

教材原型实验

PARTONE

夯基·必备基础知识

知识点实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析

1.实验目的：探究两个互成角度的力的合成规律。

2.实验器材：

木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、小圆环、三角板、刻度尺、图钉(几个)。

3.实验原理：

等效思想：使一个力F′的作用效果和两个力F1和F2的作用效果相同，就是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同，所以F′为F1和F2的合力，作出力F′的图示，再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F、F′在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。

夯基·必备基础知识

知识点实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析

4.数据处理：

（1）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a、b这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边作平行四边形,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。

（2）用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出一个弹簧测力计c的拉力F'的图示。

（3）比较F与F'是否完全重合或几乎重合,从而验证平行四边形定则。

夯基·必备基础知识

知识点实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析

5.误差分析：

（1）系统误差:弹簧测力计本身不够准确造成的误差,为此要选择比较准确的弹簧测力计。

（2）偶然误差:弹簧测力计读数和作图造成偶然误差,需要多做几次实验,并且使两分力F1、F2的夹角适当大些。

夯基·必备基础知识

知识点实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析

6.注意事项：

（1）使用弹簧测力计前,要先调整指针使其指在零刻度处;再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如果两个示数相同方可使用。

（2）实验中的两个细绳套不要太短。

（3）在同一次实验中,橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。

（4）用两只弹簧测力计互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小。

（5）在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。

（6）画力的图示选定的标度要相同,要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。

1．小张同学在做“探究共点力合成的规律”实验时，主要步骤如下：

①在桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；

②用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳套；

③用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条使之伸长，橡皮条和绳的结点到达某一位置O，记下O点的位置及两个弹簧测力计的示数F1和F2；

提升·必备题型归纳

考向1实验原理与操作

④按选好的标度，分别作出F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边作平行四边形，画出对角线F，如图所示；

⑤只用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条，使其与两个弹簧测力计共同作用效果相同，读出弹簧测力计的示数F＇，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F＇的图示；

⑥通过比较，得出结论．

提升·必备题型归纳

考向1实验原理与操作

（1）上述步骤中，有重要遗漏的步骤的序号是_____遗漏的内容是_____

（2）步骤⑤中“使其与两个弹簧测力计共同作用效果相同”，其中“效果相同”的含义是_____（选填字母）

A．橡皮条拉伸长度相同

B．橡皮条拉伸方向相同

C．将橡皮条沿相同方向拉到相同长度

（3）在步骤⑥中应比较____和_____的大小和方向，然后得出结论．

提升·必备题型归纳

考向1实验原理与操作

③

同时记录两个细绳的方向

C

F

F’

提升·必备题型归纳

【答案】③同时记录两个细绳的方向CFF’

【详解】（1）[1][2]．上述步骤中，有重要遗漏的步骤的序号是③；遗漏的内容是同时记录两个细绳的方向；

（2）[3]．“效果相同”的含义是用一个弹簧秤和用两个弹簧秤拉橡皮条时，将橡皮条沿相同方向拉到相同长度；故选C.

（3）[4][5]．在步骤⑥中应比较F和F＇的大小和方向，然后得出结论．

2．“研究共点力的合成”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示。主要步骤是：

A、在桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；

B、用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，在橡皮条的另一端栓上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；

C、用两个弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记下O点的位置和两个弹簧秤的示数；

D、按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；

提升·必备题型归纳

考向2数据处理与误差分析

E、只用一只弹簧秤，通过弹簧秤拉橡皮条使其伸长，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按相同标度作出这个力F′的图示；

F、比较F′和F，看它们是不是相同，得出结论；

上述步骤中：（1）有重要遗漏的步骤是______（填序号）；

（2）相应的遗漏内容分别是、；

（3）图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是______。

提升·必备题型归纳

考向2数据处理与误差分析

CEF

结点到达O位置

改变两个力的夹角，再做一组（或几组）

Fˊ

提升·必备题型归纳

【答案】CEF结点到达O位置改变两个力的夹角，再做一组（或几组）Fˊ

【详解】（1）（2）[1][2][3]力的合成遵循平行四边形定则，力的图示法可以表示出力的大小、方向和作用点，因而要表示出分力，必修先测量出其大小和方向，故步骤C中遗漏了方向；合力与分力是一种等效替代的关系，替代的前提是等效，实验中合力与分力一定产生相同的形变效果，故步骤E中遗漏了使结点到达同样的位置；以及在实验中需改变两个力的夹角，再做一组（或几组）进行实验。

（3）[4]在实验中，用一根弹簧秤拉时，拉力的方向与AO共线，所以方向一定沿AO方向的是F′。

02

创新实验方案

PARTONE

夯基·必备基础知识

知识点实验方案的改进

1.实验原理的创新：

创新意图：

（1）橡皮筋拉力→物体重力：合力的大小和方向恒定

（2）分力任意角度→某一分力水平：该分力的方向恒定

夯基·必备基础知识

知识点实验方案的改进

2.实验器材的创新：

1．某同学用如图所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。

（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N。

（2）下列的实验要求必要或者正确的是________（填选项前的字母）。

A．应用测力计测量重物M所受的重力

B．应在水平桌面上进行实验

C．拉线方向应与木板平面平行

D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置

提升·必备题型归纳

考向1实验原理的创新

3.6

AC

（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，下列解决办法中不可行的是________（填选项前的字母）。

A．只改变弹簧测力计B的拉力大小

B．减小重物M的质量

C．将A更换成量程较小的弹簧测力计

D．改变弹簧测力计B的拉力方向

（4）在进行实验之前，应如何检验两弹簧测力计是可以正常使用的________。

提升·必备题型归纳

考向1实验原理的创新

AC

提升·必备题型归纳

【答案】3.6AC/CAAC/CA把两弹簧测力计在水平方向上对拉，观察两测力计示数是否相等，若相等则可以正常使用，否则则不能正常使用

【详解】（1）[1]弹簧测力计读数，每1N被分成5格，则1格就等于0.2N，图指针落在3N到4N的第3格处，又因为弹簧测力计的分度值为0.2N，不估读到下一位，故读得结果为3.6N

（2）[2]A．实验通过作出三个力的图示，来验证“力的平行四边形定则”，因此重物的重力必须要知道，故A正确；

B．由于本实验中只需测出两拉力的大小和方向以及重物的重力即可验证平行四边形定则，故不能在水平桌面进行实验，故B错误；

C．拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性，如果有倾角沿木板方向的力应该为弹簧秤读数的一个分力，但是在处理数据时把线倾斜时的读数当做沿平板方向的力，力就会变大，那样误差较大，故C正确；

提升·必备题型归纳

D．当结点O位置确定时，弹簧测力计A的示数也确定，由于重物的重力已确定，两力大小与方向均一定，因此弹簧测力计B的大小与方向也一定，所以不需要改变拉力多次实验，故D错误。

故选AC。

（3）[3]当弹簧测力计A超出其量程，则说明与弹簧测力计B和重物相连的两根细线的拉力的合力已偏大，又由于挂重物的细线力的方向已确定，所以要么减小重物的重量，要么改变测力计B拉细线的方向或改变弹簧测力计B拉力的大小，从而使测力计A不超出量程。

选不可行的，故选AC。

（4）[4]在进行实验之前，检验两弹簧测力计是可以正常使用的方法是，把两弹簧测力计在水平方向上对拉，观察两测力计示数是否相等，若相等则可以正常使用，否则则不能正常使用。

2．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，可沿固定的板做圆弧形移动。B固定不动，通过光滑铰链连接长为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

提升·必备题型归纳

考向2实验器材的创新

重复上述实验步骤，得到表格。

提升·必备题型归纳

考向2实验器材的创新

（1）根据表格，A传感器对应的是表中力___________（选填“F1”或“F2”）。钩码质量为___________kg（g取10m/s2，结果保留1位有效数字）。

F1

0.05

（2）本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是___________。

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

（3）实验中，让A传感器沿圆心为O的圆弧形（而不是其他形状）轨道移动的主要目的是___________。

A．方便改变A传感器的读数B．方便改变B传感器的读数

C．保持轻杆右端O的位置不变D．方便改变细绳与杆的夹角θ

提升·必备题型归纳

考向2实验器材的创新

C

C

提升·必备题型归纳

【答案】F10.05CC

【详解】（1）[1][2]A传感器中的力均为拉力，为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时mg=F1sinθ，当θ=30°时，F1=1.001N，可求得m≈0.05kg

（2）[3]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）[4]让A传感器沿圆心为O的圆弧形轨道移动的过程中，传感器与O点的距离保持不变，即O点位置保持不变，故ABD错误，C正确。

PARTONE

真题感悟

（2023年全国乙卷高考真题）在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：

①用图钉将白纸固定在水平木板上。

②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并___________。（多选，填正确答案