2024高考物理一轮复习第二章相互作用实验3探究两个互成角度的力的合成规律学案新人教版VIP

PAGEPAGE5试验3探究两个互成角度的力的合成规律eq\a\vs4\al(一、试验目的)（1）探究两个互成角度的力的合成遵循平行四边形定则.（2）理解等效替代思想的应用.eq\a\vs4\al(二、试验原理)互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在试验误差允许范围内是否相同.eq\a\vs4\al(三、试验器材)木板、白纸、弹簧测力计（两个）、橡皮筋、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉（几个）.eq\a\vs4\al(四、试验步骤)（1）用图钉把白纸钉在水平桌面上的木板上.（2）用图钉把橡皮筋的一端固定在木板上的A点，橡皮筋的另一端拴上两个细绳套.（3）用两个弹簧测力计a、b分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋与绳的结点伸长到某一位置O，如图所示.记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向.（4）只用一个弹簧测力计c通过细绳套把橡皮筋的结点拉到同样的位置O，登记弹簧测力计的读数和细绳套的方向.（5）变更两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做试验两次.eq\a\vs4\al(五、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这两个弹簧测力计的拉力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试验步骤4中弹簧测力计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.eq\a\vs4\al(六、误差分析)（1）系统误差：弹簧测力计本身不够精确造成的误差，为此要选择比较精确的弹簧测力计.（2）偶然误差：弹簧测力计读数和作图造成偶然误差，须要多做几次试验，并且使两分力F1、F2的夹角适当大些.（3）减小误差的方法.①试验过程中读数时视线要垂直弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录.②作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边肯定要平行.eq\a\vs4\al(七、留意事项)（1）运用弹簧测力计前，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，假如两个示数相同方可运用.（2）试验中的两个细绳套不要太短.（3）在同一次试验中，橡皮筋拉长时结点到达的位置肯定要相同.（4）用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮筋时，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、橡皮筋、细绳套应当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.考点一试验原理与操作eq\a\vs4\al(典例)某同学做“验证力的平行四边形定则”的试验状况如图甲所示，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.图乙是在白纸上依据试验结果画出的图.图甲图乙（1）假如没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向肯定沿AO方向的是.（2）本试验采纳的科学方法是.A.志向试验法 B.等效替代法C.限制变量法 D.建立物理模型法（3）试验时，主要的步骤是：A.在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上B.用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点，在橡皮筋的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数D.按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力FE.只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮筋使其伸长，读出弹簧测力计的示数，登记细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示F.比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是和；②遗漏的内容分别是___________________________________________________________________________________________________________________.解析：（1）由一个弹簧测力计拉橡皮筋至O点的拉力肯定沿AO方向；而依据平行四边形定则作图出的合力，由于误差的存在不肯定沿AO方向，故肯定沿AO方向的是F′.（2）一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故B正确.（3）①据“平行四边形定则试验”操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E.②在C中未登记两细绳的方向；在E中未说明是否把橡皮筋的结点拉至同一点O.答案：（1）F′（2）B（3）①CE②C中应加上“登记两条细绳的方向”，E中应说明“把橡皮筋的结点拉到同一位置O”试验操作中的三点体会1.由于要保证两次操作拉力的效果相同，所以在同一次试验中，结点O的位置不能变更.2.由于要用力的图示作图，所以除了记录结点O的位置之外，还须要记录F1，F2的大小、方向以及F3的大小和方向.3.在坐标纸上作图时，需依据坐标纸大小，合理的确定标度，尽量减小由作图及测量带来的误差.考点二数据处理与误差分析eq\a\vs4\al(典例)（2024·全国卷Ⅲ）某探究小组做“验证力的平行四边形定则”试验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在桌面上，如图（a）所示.将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长.（1）用一个测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O.此时拉力F的大小可由测力计读出.测力计的示数如图（b）所示，F的大小为N.（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点，现运用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点.此时视察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；图（a）图（b）②F合的大小为N，F合与拉力F的夹角的正切值为.若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在试验所允许的误差范围之内，则该试验验证了力的平行四边形定则.解析：（1）由题给测力计示数可知，读数为4.0N.（2）①利用平行四边形定则作图，如图所示.②由图可知F合＝4.0N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1mm，顶点的纵坐标长度为20mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05.答案：（1）4.0（2）①图见解析②4.00.05数据处理时的三点说明1.F1和F2的大小要依据标度画出.2.应用平行四边形定则求合力F合时，F合的大小要依据标度和对角线的长度计算得出.3.由于在测量及作图过程中不行避开地存在误差，所以只要合力F合与拉力F在误差允许范围内相等，即可验证平行四边形定则.考点三创新试验1.试验器材的变更如图2.分力和合力的变更（1）分力的获得：弹簧测力计的拉力→钩码的重力.（2）合力的获得：弹簧测力计的拉力→重物的重力→钩码的重力.eq\a\vs4\al(典例)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的试验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m.如图1所示，用弹簧OC和弹簧测力计a、b做“探究求合力的方法”试验.在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下，图1图2（1）若弹簧测力计a、b间夹角为90°，弹簧测力计a的读数是N （如图2所示），则弹簧测力计b的读数可能为N.（2）若弹簧测力计a、b间夹角大于90°，保持弹簧测力计a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧测力计b与弹簧OC的夹角，则弹簧测力计a的读数、弹簧测力计b的读数（均选填“变大”“变小”或“不变”）.解析：（1）依据胡克定律，弹簧OC伸长1.00cm时弹簧的弹力Fc＝kΔx＝500×1.00×10－2N＝5.00N；由图2可知弹簧秤a的读数Fa＝3.00N，依据勾股定理，Feq\o\al(2,a)＋Feq\o\al(2,b)＝Feq\o\al(2,c)，解得Fb＝4.00N.（2）变更弹簧秤b与OC的夹角时，由于保持弹簧伸长1.00cm不变，因而Fa与Fb的合力F保持不变，依据平行四边形定则，Fa、Fb合成的平行四边形如图所示（▱OAC′B），当弹簧秤b与OC的夹角变小时