2023版新教材高考物理一轮复习 第二章 相互作用——力 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律学生用书.docx

1、实验三探究两个互成角度的力的合成规律【必备知识自主排查】一、实验思路与操作装置图与思路操作要领思路：(1)记分力(大小、方向)；(2)记合力(大小、方向)；(3)观察图形(1)装置安装：在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲(2)记录数据：两个弹簧测力计的使用：如图乙，用铅笔描下O点位置细绳套的方向，并记录两弹簧测力计的读数一个弹簧测力计的使用：如图丙，仍使小圆环处于O点，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向(3)画图与观察图形(4)重复实验二、数据处理及分析1画图：从白纸上O点出发用力的图示法画出拉力F1、F2和F.用虚线把拉力F的箭头分别与F1、F2的箭头连接如图所示2观察图形观察所围成的形状

2、像不像一个平行四边形位置不变同一次实验中，橡皮条拉长后的小圆环O必须保持位置不变拉力(1)细绳应适当长一些，便于确定力的方向不要直接沿细绳方向画直线，应在细绳两端画两个射影点去掉细绳后，连直线确定力的方向(2)应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内(3)弹簧测力计示数尽量大些，读数时眼睛要正视，要按有效数字正确读数和记录误差分析(1)弹簧测力计本身的误差(2)读数误差和作图误差(3)两分力F1、F2间的夹角过大或过小，用平行四边形定则作图得出的合力F的相对误差也越大【关键能力分层突破】考点一教材原型实验例1 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(1)首

3、先进行如下操作：如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE；如图乙，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环小圆环在拉力F1、F2的共同作用下，位于O点，橡皮条伸长的长度为EO；撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍将其拉至O点，如图丙同学们发现，力F单独作用，与F1、F2共同作用的效果是一样的，都使小圆环在O处保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同即_，所以F等于F1、F2的合力(2)然后实验小组探究了合力F与分力F1、F2的关系：由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F(三个力的方向沿各自拉线的方向，三个力的大小由弹簧测力计读出)；用虚线将拉力F的箭头

4、端分别与F1、F2的箭头端连接，如图丁，得到的启示是_；多次改变拉力F1、F2的大小和方向，重做上述实验，通过画各力的图示，进一步检验所围成的图形实验小组发现：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作_【跟进训练】1.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验如图甲所示，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(1)某次实验中，拉OC细绳的弹簧秤指针位置如图甲所示，其读数为_ N；在图乙中用虚线连接F1、F2、F箭头端(在误差允许的范围内)所围成的形状是一个

5、_(2)关于此实验，下列说法正确的是_A与橡皮筋连接的细绳必须等长B用两只弹簧秤拉橡皮筋时，应使两弹簧秤的拉力相等，以便算出合力的大小C用两只弹簧秤拉橡皮筋时，结点位置必须与用一只弹簧秤拉橡皮筋时结点的位置重合D拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要画短一些2完成以下“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验的几个主要步骤：(1)如图甲，用两个弹簧测力计分别钩住细绳，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长记下结点O的位置，两弹簧测力计的读数F1、F2以及两细绳的方向(2)如图乙，用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条的结点拉到_，记下细绳的方向(如图丙中的c)，读得弹簧测力计的示数F_(3)如图丙，

6、按选定的标度作出了力F1、F2的图示，请在图丙中：按同样的标度作出力F的图示用虚线把F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，能看到所围成的形状像是一个_考点二拓展创新型实验例2 某同学利用身边现有器材做“验证力的平行四边形定则”实验，没有找到橡皮筋，只找到一个重物和一个弹簧测力计，细绳若干(1)用弹簧测力计(已校零)提起重物，重物静止时，读数如图甲所示，则该重物的重力为_ N；(2)把重物按图乙所示方式悬挂，若绳a保持水平状态，绳b与竖直方向的夹角为45，把绳a换成弹簧测力计时，弹簧测力计的示数为2.50 N，把绳b换成弹簧测力计时，弹簧测力计的示数为3.60 N，在图丙所示的坐标纸上已给出两

7、个分力的方向，每个小方格的边长代表0.1 N，请在图中作出力的图示，并用刻度尺测得两分力的合力为_(3)下列关于该实验的一些说法，正确的是_A从实验原理看，避免了多次使用橡皮筋，使得实验的系统误差变小B从实验过程看，将弹簧测力计换成绳子，很可能因两绳夹角的变化引起偶然误差C保持绳a水平，改变绳b，使减小，则绳a上的拉力增大D移动绳b，当两绳夹角为90时也能验证平行四边形定则【跟进训练】3.用如图的实验装置来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的木圆盘竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以在圆盘边缘移动实验步骤如下：(1)三段绳子各悬挂一定数目的等质量的钩码，调整滑轮在木板上的位置，使系统静

8、止不动(2)调节滑轮的位置，使得圆心位于绳子的节点O处，记录三段绳子所挂钩码个数以及三段绳子的_(3)根据记录数据做力的图示FA、FB、FC.(4)以FA、FB为邻边，画出平行四边形，如果_与平行四边形的对角线近似共线等长，则在实验误差允许的范围内，验证了力的平行四边形定则(5)改变每段绳子上挂的钩码个数和滑轮位置，重新实验(6)你认为本实验中有没有必要测钩码的重力？答：_(选填“有”或“没有”)42022云南省昆明市高三诊断改编某同学在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，利用以下器材：两个轻弹簧A和B、白纸、方木板、橡皮筋、图钉、细线、钩码、刻度尺、铅笔实验步骤如下：(1)用刻度尺测

9、得弹簧A的原长为6.00 cm，弹簧B的原长为8.00 cm；(2)如图甲，分别将弹簧A、B悬挂起来，在弹簧的下端挂上质量为m100 g的钩码，钩码静止时，测得弹簧A长度为6.98 cm，弹簧B长度为9.96 cm.取重力加速度g9.8 m/s2，忽略弹簧自重的影响，两弹簧的劲度系数分别为kA_ N/m，kB_ N/m；(3)如图乙，将木板水平固定，再用图钉把白纸固定在木板上，将橡皮筋一端固定在M点，另一端系两根细线，弹簧A、B一端分别系在这两根细线上，互成一定角度同时水平拉弹簧A、B，把橡皮筋结点拉到纸面上某一位置，用铅笔描下结点位置并记为O.测得此时弹簧A的长度为8.10 cm，弹簧B的长

10、度为11.80 cm，并在每条细线的某一位置用铅笔记下点P1和P2；(4)如图丙，取下弹簧A，只通过弹簧B水平拉细线，仍将橡皮筋结点拉到O点，测得此时弹簧B的长度为13.90 cm，并用铅笔在此时细线的某一位置记下点P，此时弹簧B的弹力大小为F_ N(计算结果保留三位有效数字)；(5)根据步骤(3)所测数据计算弹簧A的拉力FA、弹簧B的拉力FB，在图丁中按照给定的标度作出FA、FB的图示，然后以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，以这两个邻边之间的对角线表示力F，测出F的大小为_ N(结果保留三位有效数字)(6)再在图丁中按照给定的标度作出F的图示，比较F与F的大小及方向(7)通过多次实验可

11、发现，对于两个互成角度的力，若以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则_就代表合力的大小和方向实验三探究两个互成角度的力的合成规律关键能力分层突破例1解析：(1)橡皮条对小圆环的拉力相同，作用效果相同(2)由题图丁得到的启示是可能构成平行四边形(3)用表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作平行四边形定则答案：(1)作用效果相同(2)可能构成平行四边形平行四边形定则1解析：(1)由题图乙中用虚线连接F1、F2、F箭头端所围成的形状是一个平行四边形题图甲所示弹簧秤的分度值为0.1 N，则读数为2.60 N(2)与橡皮筋连接的细绳是为了

12、确定细绳拉力的方向，两绳的长度不一定相等，A错误；用两只弹簧秤拉橡皮筋时，只要使两弹簧秤拉力的合力与一只弹簧秤拉力的效果相同就行，两弹簧秤的拉力不需要相等，B错误；为了保证效果相同，两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉至同一位置，C正确；标记同一细绳方向的两点要画长一些，这样引起的拉力方向的误差会小些，D错误答案：(1)2.60平行四边形(2)C2解析：(2)用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条的结点拉到同一位置O，记下细绳的方向由题图乙可读得弹簧测力计的示数F4.0 N(3)作出力F的图示如图所示F1、F2和F的箭头端连接后如图所示，围成的图形是平形四边形答案：(2)同一位置4.0 N(3)见解析图

13、平行四边形例2解析：(1)弹簧测力计的读数要估读到分度值的下一位，分度值为0.1 N，则该重物重力为2.60 N(2)作出力的图示如图所示，可得合力为2.59 N(3)从实验原理看，没有多次使用橡皮筋，避免了劲度系数改变的影响，减小了系统误差，A正确；从实验过程看，弹簧测力计换成绳子，很可能因两绳夹角的变化引起偶然误差，B正确；绳a水平，改变绳b，使减小，有tan FaG则绳a上的拉力减小，C错误；当两绳夹角为90时，a绳的拉力为0，不能验证力的平行四边形定则，D错误答案：(1)2.60(2)如图所示2.59 N(3)AB3解析：(2)由于力是矢量，所以一定需要记录三段绳子所挂钩码个数以及三段

14、绳子的方向；(4)以FA、FB为邻边，画出平行四边形，如果FA、FB所夹的对角线与FC近似共线等长，说明FA、FB所夹的对角线表示的力即为FA、FB的合力；(6)实验中钩码都是相同的，一个钩码受到的重力为一个单位力，只要计钩码的个数即可，故不需要测量钩码的重力答案：(2)方向(4)FC(6)没有4解析：(2)根据胡克定律，两弹簧的劲度系数分别为kAmgxA0.1009.86.986.00102 N/m100 N/m，kBmgxB0.1009.89.968.00102 N/m50 N/m.(4)弹簧B的弹力大小为FkBxB50(13.908.00)102 N2.95 N(5)由胡克定律可得：FAkAxA100(8.106.00)102 N2.10 N，FBkBxB50(11.808.00)102 N1.90 N，画出两个力的合力如图，由图可知合力F2.90 N(6)作出力F的图示如图所示(7)通过多次实验可发现，对于两个互成角度的力，若以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向答案：(2)10050(4)2.95(5)图见解析(FA2.10 N、FB1.90 N)2.90(2.803.00均正确)(6)图见解析(7)这两个邻边之间的对角线