2025年高考物理一轮总复习课件 第2章 实验3 探究两个互成角度的力的合成规律

第二章相互作用实验三探究两个互成角度的力的合成规律实验知识·自主回顾核心考点·重点突破提能训练练案[13]实验知识·自主回顾一、实验目的探究力的合成的平行四边形定则；理解等效替代思维方法在物理学中的应用。二、实验原理一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮筋伸长到同一点，所以力F就是这两个力F1和F2的合力。作出力F1、F2和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和F′的大小和方向，若在实验误差允许范围内相等，则可说明两个共点力的合成遵循平行四边形定则。三、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、轻质小圆环、三角板、刻度尺、图钉(若干)细绳，铅笔。四、实验步骤(1)如图甲所示，在方木板上用图钉固定一张白纸，将轻质小圆环挂在橡皮条的一端，在小圆环上系上两个细绳套，把橡皮条的另一端固定，橡皮条的原长为GE。(2)如图乙所示，用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环，使小圆环处于O点，橡皮条伸长的长度为OE。用铅笔描下O点位置、细绳套的________，并记录______________________。方向两弹簧测力计的读数(3)如图丙所示，改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使小圆环处于O点，记下弹簧测力计的________和细绳套的________。(4)改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复上述实验两次。读数方向五、数据处理(1)用铅笔和刻度尺在O点按选定的标度画出F、F1和F2三个力的图示，如图所示。(2)比较F是否是以F1和F2为邻边所作的平行四边形的对角线。(3)对其他两次实验也做上述处理。六、实验结论以F1、F2为邻边，F为对角线所围成的四边形形状是平行四边形，所以两个互成角度的力的合成遵循平行四边形定则。七、误差分析

产生原因减小方法偶然误差读数不准确正视、平视弹簧测力计刻度作图不规范(1)两分力夹角在60°～120°之间；(2)弹簧测力计读数尽量大八、注意事项(1)实验时，弹簧测力计必须保持与木板________，且拉力应沿轴线方向。弹簧测力计的指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生摩擦。(2)规范实验操作①位置不变：在同一次实验中，将橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。②角度合适：两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小，也不宜太大。平行③在不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，测量数据应尽量大一些。④细绳套适当长一些，便于确定力的方向。不要直接沿细绳套方向画直线，应在细绳套两端画投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向。(3)规范作图：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。核心考点·重点突破1教材原型实验(基础考点·自主探究)【跟踪训练】(实验原理和实验操作)(2023·全国乙卷)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，填正确答案标号)A．用刻度尺量出橡皮条的长度B．用刻度尺量出两细线的长度C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向CD(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到____________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。(4)选择合适标度，由步骤(2)的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的力的图示，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。(5)比较F′和F的______________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。相同位置大小和方向[解析]

(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，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向。故选CD。(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。(5)比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。(实验数据处理和误差分析)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，实验装置及实验过程如图甲、乙、丙所示，E为橡皮筋原长时小圆环的位置，O为实验时小圆环被拉至的位置。(1)图丁中弹簧测力计的示数为_______N；(2)在实验过程中，不必记录的有______；A．甲图中E的位置B．乙图中O的位置C．OB、OC的方向D．弹簧测力计的示数(3)下列选项中，与本实验要求相符的是______；A．两细绳OB、OC夹角越大越好B．读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度C．实验时，只需保证两次橡皮筋伸长量相同即可2.35AB(4)某次实验记录纸如图戊所示，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，拉力F的方向过P点；三个力的大小分别为：F1＝2.70N、F2＝2.30N和F＝4.00N，得出正确实验结论后，请根据实验结论和图中给出的标度：①在图中作出F1和F2的合力____________；②根据作图求出该合力大小为____________N。[解析]

(1)弹簧测力计最小分度值为0.1N，估读到0.01N，题图丁中读数为2.35N。见解析图3.99(2)必须要记录的有两个分力F1和F2的大小和方向、合力F的大小和方向、力的大小通过弹簧测力计读出，两次都要使小圆环被拉到O点位置，所以必须记录的有B、C、D；不需要记录的是题图甲中E的位置，故选A。(3)两个细绳OB、OC夹角要适当大一些，但不能太大，合力一定时，两分力夹角太大导致两分力太大，测量误差变大，A错误；读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，规范操作，B正确；实验时，不仅需保证两次橡皮筋伸长量相同，还必须都伸长至O点才行，C错误。(4)①由于标度已经选定，作图时要保证表示F1、F2的线段长度分别为标度的2.70倍和2.30倍，作图如图所示；②量出作图法求出的合力长度约为标度的3.99倍，所以合力大小为3.99N。2创新实验提升(能力考点·深度研析)1．对实验原理、实验方法的改进2．实验器材的改进►考向1实验原理和实验器材的创新

有同学利用如图所示的装置来探究两个互成角度的力的合成规律，在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：(1)改变钩码个数，实验可能完成的是__________(填正确答案标号)。A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝5B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5BCD(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是______(填选项前字母)。A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度C．用量角器量出三段绳子之间的夹角D．用天平测出钩码的质量A(3)在作图时，你认为______(填“甲”或“乙”)是正确的。甲[解析]

(1)实验中的分力与合力的关系必须满足|F1－F2|≤F3≤F1＋F2(等号在反向或同向时取得)，因此B、C、D三项都是可以的。(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向。(3)F3的方向一定竖直向下，由于测量误差F1和F2的合力方向可能偏离竖直方向，所以甲是正确的。►考向2实验方法的迁移应用

某实验小组要测量一铁块的重力。由于铁块的重力超过了刻度不清的弹簧秤量程，为不损坏弹簧秤，设计如下实验，可提供选择器材有：一刻度不清的弹簧秤、细线、铁块、白纸、刻度尺、钩码、定滑轮。已知当地重力加速度为g、钩码质量为m0。该小组利用上述实验器材进行实验：(1)用弹簧秤竖直挂着钩码，如图甲所示，用刻度尺测出钩码静止时弹簧秤中弹簧的伸长量，即指针移动的长度x1，计算出弹簧的劲度系数k＝_______(用m0、g、x1表示)；(2)用弹簧秤与细线互成角度吊起铁块，如图乙所示，静止时测出弹簧秤中弹簧的伸长量x2，可得此时弹簧秤的弹力FB＝kx2。(3)现已在图丙中画出细线OA、OB、OC的拉力方向及OB拉力的大小，并标记结点O。请你在图丙中用作图法画出