高考物理總復(fù)習(xí)第二章相互作用力實(shí)驗(yàn)三探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律

實(shí)驗(yàn)三探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律1．實(shí)驗(yàn)思路互成角度的兩個(gè)力F1、F2與另外一個(gè)力F′產(chǎn)生相同的效果，看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F′在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否相同。2．實(shí)驗(yàn)器材木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測力計(jì)兩個(gè)、三角板、刻度尺、鉛筆。3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上。(2)用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O。如圖1甲所示。圖1(3)用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。(4)只用一個(gè)彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F′和細(xì)繩的方向，如圖1乙所示。(5)比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F，看它們在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相同。1．正確使用彈簧測力計(jì)(1)將兩只彈簧測力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對拉過程中，讀數(shù)相同，可選；若不同，應(yīng)另換或調(diào)校，直至相同為止。(2)使用時(shí)，讀數(shù)應(yīng)盡量大些，但不能超出彈簧測力計(jì)量程。(3)拉力的方向應(yīng)與軸線方向一致。(4)讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對、平視刻度。2．注意事項(xiàng)(1)位置不變：在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同，是為了使合力的作用效果與兩個(gè)分力共同作用效果相同，這是利用了等效替代的思想。(2)角度合適：用兩個(gè)彈簧測力計(jì)鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，其夾角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之間為宜。(3)在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)形變應(yīng)盡量大一些。細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，便于確定力的方向。(4)統(tǒng)一標(biāo)度：在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些。3．誤差分析(1)誤差來源：除彈簧測力計(jì)本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等。(2)減小誤差的辦法①實(shí)驗(yàn)過程中讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視彈簧測力計(jì)的刻度盤，要按有效數(shù)字位數(shù)要求和彈簧測力計(jì)的精度正確讀數(shù)和記錄。②作圖時(shí)使用刻度尺，并借助三角板，一定要使表示兩力的對邊平行。命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【真題示例1[2018·天津卷，9(2)]某研究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5N的彈簧測力計(jì)兩個(gè)，橡皮條(帶兩個(gè)較長的細(xì)繩套)，刻度尺，圖釘(若干個(gè))。①具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議，其中正確的有________。A．橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B．重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同C．使用測力計(jì)時(shí)，施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線；讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對測力計(jì)刻度D．用兩個(gè)測力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只用一個(gè)測力計(jì)時(shí)的拉力②該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如下圖所示。其中對于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是________。答案①BC②B解析①由力的平行四邊形定則知，橡皮條和兩繩套夾角的角平分線不一定在一條直線上，兩分力的大小也不一定小于合力，A、D項(xiàng)錯(cuò)誤；驗(yàn)證力的平行四邊形定則時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)需保證合力與分力作用效果相同，結(jié)點(diǎn)O必須在同一位置，但重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以改變合力的大小，故結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同，B項(xiàng)正確；使用測力計(jì)測力時(shí)，施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線方向，讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對測力計(jì)刻度，C項(xiàng)正確。②為了減小畫圖時(shí)表示力的方向的誤差，記錄各個(gè)力的方向時(shí)，需要確定相對較遠(yuǎn)的兩個(gè)點(diǎn)，然后連線確定力的方向，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)紙張大小，選擇合適的標(biāo)度，使圖盡量充滿紙面，兩力的夾角不宜過大或過小，所以B項(xiàng)正確，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤?！踞槍τ?xùn)練1】(2021·湖南省高考模擬)以下是某實(shí)驗(yàn)小組探究“二力合成規(guī)律”的過程。圖2(1)首先進(jìn)行如下操作：①如圖2甲，輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端，另一端固定，橡皮條的長度為GE；②如圖乙，用手通過兩個(gè)彈簧測力計(jì)共同拉動(dòng)小圓環(huán)。小圓環(huán)在拉力F1、F2的共同作用下，位于O點(diǎn)，橡皮條伸長的長度為EO；③撤去F1、F2，改用一個(gè)力F單獨(dú)拉住小圓環(huán)，仍使其位于O點(diǎn)，如圖丙。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，力F單獨(dú)作用，與F1、F2共同作用的效果是一樣的，都使小圓環(huán)保持靜止，由于兩次橡皮條伸長的長度相同，即________________________，所以F等于F1、F2的合力。(2)然后實(shí)驗(yàn)小組探究了合力F與分力F1、F2的關(guān)系：①由紙上O點(diǎn)出發(fā)，用力的圖示法畫出拉力F1、F2和F(三個(gè)力的方向沿各自拉線的方向，三個(gè)力大小由彈簧測力計(jì)讀出)；②用虛線將拉力F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接，如圖丁，得到的啟示是____________________________________________________________________________________；③多次改變拉力F1、F2的大小和方向，重做上述實(shí)驗(yàn)，通過畫各力的圖示，進(jìn)一步檢驗(yàn)所圍成的圖形。實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)：在兩個(gè)力合成時(shí)，以表示這兩個(gè)力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向，這個(gè)規(guī)律叫作________________，上述實(shí)驗(yàn)中，如果把圖乙和圖丙的操作順序?qū)φ{(diào)，即先用拉力F將圓環(huán)拉到O點(diǎn)，再用拉力F1和F2共同拉圓環(huán)產(chǎn)生相同效果，則F1和F2就是F的________，此實(shí)驗(yàn)可以探究________規(guī)律。答案(1)③橡皮條對小圓環(huán)的拉力相同(2)②可構(gòu)成平行四邊形③平行四邊形定則分力力的分解解析(1)③兩次橡皮條伸長的長度相等，即兩次橡皮條對小圓環(huán)的拉力相同，說明單個(gè)力F的作用效果跟F1、F2共同作用的效果相同。(2)②用虛線將拉力F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接，得到的力的圖示的圖形為平行四邊形，F(xiàn)1和F2為鄰邊，F(xiàn)為與F1和F2共頂點(diǎn)的對角線長度。③多次改變拉力F1、F2的大小和方向，重做上述實(shí)驗(yàn)，在兩個(gè)力合成時(shí)，以表示這兩個(gè)力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向，這個(gè)規(guī)律叫作平行四邊形定則；如果把圖乙和圖丙的操作順序?qū)φ{(diào)，即先用拉力F將圓環(huán)拉到O點(diǎn)，再用拉力F1和F2共同拉圓環(huán)產(chǎn)生相同效果，則F1和F2就是F的分力，此實(shí)驗(yàn)可以探究力的分解規(guī)律。命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新【例2(2021·安徽安慶市模擬)有同學(xué)利用如圖3所示裝置來驗(yàn)證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，并固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B，三根繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O，各繩另一端均連接鉤碼，各鉤碼質(zhì)量均相等，當(dāng)系統(tǒng)如圖達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)可讀出三根繩子的拉力F1、F2和F3，回答下列問題：圖3(1)若某次實(shí)驗(yàn)中鉤碼個(gè)數(shù)N1＝2，N2＝5，則N3可能等于________(填正確答案標(biāo)號)。A．2 B．4C．8 D．9(2)在實(shí)驗(yàn)過程中，關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作和相關(guān)要求，下列說法正確的是________(填選項(xiàng)前字母)。A．實(shí)驗(yàn)中三段繩子應(yīng)與豎直木板平行B．實(shí)驗(yàn)中需要用天平測出一個(gè)鉤碼的質(zhì)量C．在某兩次實(shí)驗(yàn)中，O點(diǎn)位置可以不同D．實(shí)驗(yàn)中需要用量角器量出三段繩子之間的夾角(3)通過實(shí)驗(yàn)，該同學(xué)用作圖法作出了兩個(gè)圖，如圖4甲、乙所示，你認(rèn)為圖示中______(填“甲”或“乙”)是正確的。圖4答案(1)B(2)AC(3)甲解析(1)N1、N2鉤碼的重力的合力大小應(yīng)該等于N3鉤碼的重力，由三角形知識應(yīng)有N2－N1<N3<N2＋N1，即3<N3<7，故選項(xiàng)B正確。(2)實(shí)驗(yàn)中繩子與木板平行才能在木板平面完成好實(shí)驗(yàn)，A正確；實(shí)驗(yàn)中只要知道三根繩子的拉力關(guān)系就能作圖驗(yàn)證力的平行四邊形定則，因此不需要測出鉤碼的質(zhì)量，B錯(cuò)誤；由于每次實(shí)驗(yàn)都能進(jìn)行一次驗(yàn)證，故兩次實(shí)驗(yàn)中O點(diǎn)的位置可以不同，C正確；實(shí)驗(yàn)中以F1、F2為鄰邊作平行四邊形驗(yàn)證，無需測夾角，D錯(cuò)誤。(3)實(shí)驗(yàn)中F3方向應(yīng)沿OC豎直方向，所以甲圖正確?！踞槍τ?xùn)練2】(2021·江西五市九校協(xié)作體聯(lián)考)某同學(xué)用如圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”。彈簧測力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M，彈簧測力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置。分別讀出彈簧測力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向。圖5(1)下列的實(shí)驗(yàn)要求中不必要的是________A．細(xì)線AO與BO之間的夾角應(yīng)盡可能大于90°B．改變拉力的大小與方向，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置C．細(xì)線應(yīng)盡可能長一些D．應(yīng)測量重物M所受的重力(2)圖6的示數(shù)為________N；圖6(3)圖7是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的力的圖示，下列說法正確的是________。圖7A．圖中的F′是力F1和F2合力的理論值B．圖中的F是力F1和F2合力的理論值C．F是力F1和F2合力的實(shí)際測量值D．本實(shí)驗(yàn)將細(xì)繩都換成橡皮條，同樣能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇鸢?1)AB(2)3.80(3)ACD解析(1)細(xì)線AO與BO之間的夾角適當(dāng)大一點(diǎn)，不一定大于90°，A錯(cuò)誤；當(dāng)結(jié)點(diǎn)O位置確定時(shí)，彈簧測力計(jì)A的示數(shù)也確定，由于重物的重力已確定，兩力大小與方向均一定，因此彈簧測力計(jì)B的大小與方向也一定，所以不需要改變拉力多次實(shí)驗(yàn)，B錯(cuò)誤；細(xì)線應(yīng)盡可能長一些，能更加準(zhǔn)確的記錄力的方向，C正確；實(shí)驗(yàn)通過做出三個(gè)力的圖示，來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”，因此重物的重力必須要知道，D正確。(2)彈簧測力計(jì)讀數(shù)，每1N被分成10格，則1格就等于0.1N。題圖中指針落在3N到4N的第8格處，示數(shù)為3.80N。(3)F1與F2的合力的實(shí)際測量值等于下面懸掛重物的重力大小，方向與重力方向相反；而理論值是通過平行四邊形定則得到的值，所以F是F1和F2的合力的實(shí)際值，F(xiàn)′是F1和F2的合力的測量值，B錯(cuò)誤，A、C正確；本實(shí)驗(yàn)將細(xì)繩都換成橡皮條，同樣能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，D正確。1．(2021·湖北省高考模擬)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，某興趣小組使用傳統(tǒng)的木板、圖釘、白紙、橡皮條、細(xì)繩和彈簧測力計(jì)等工具，把木板平放在水平桌面上來做實(shí)驗(yàn)。(1)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是________。A．彈簧測力計(jì)應(yīng)在使用前校零B．拉繩方向應(yīng)與木板平面平行C．為了更方便地驗(yàn)證力的平行四邊形定則，最好使兩個(gè)力F1、F2間的夾角為90°D．改變拉力，進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，每次都要使結(jié)點(diǎn)靜止在同一位置(2)下列實(shí)驗(yàn)操作合理的是________。A．記錄結(jié)點(diǎn)的位置時(shí)，應(yīng)該在結(jié)點(diǎn)正下方描一個(gè)清晰且盡量大的點(diǎn)B．記錄細(xì)繩方向時(shí)，應(yīng)該在細(xì)繩正下方相距較遠(yuǎn)的位置上點(diǎn)兩個(gè)較小的點(diǎn)C．為了方便操作和作圖，可將其中一個(gè)彈簧測力計(jì)中拉力的方向固定下來，改變另一個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)和拉力的方向D．為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，在不超出量程的情況下，應(yīng)該使彈簧測力計(jì)的示數(shù)盡量大些(3)興趣小組在水平放置的木板上很快做完了實(shí)驗(yàn)，想嘗試在傾斜木板上做實(shí)驗(yàn)，______(填“能”或“不能”)有效驗(yàn)證力的平行四邊形定則。答案(1)CD(2)BCD(3)能解析(1)根據(jù)儀器使用常識可知，彈簧測力計(jì)在使用前需校零，A項(xiàng)是必要的；實(shí)驗(yàn)中力必須與木板平面平行，B項(xiàng)也是必要的；要驗(yàn)證平行四邊形定則，夾角不應(yīng)該選取特殊角度，C項(xiàng)不必要；在同一組實(shí)驗(yàn)中，要使兩次拉力的作用效果相同，結(jié)點(diǎn)的位置必須相同，但在不是同一組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，結(jié)點(diǎn)的位置可以不同，所以不需要固定結(jié)點(diǎn)位置，D項(xiàng)不必要。(2)實(shí)驗(yàn)中記錄描點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)描得越小，帶來的實(shí)驗(yàn)誤差會(huì)越小，故描點(diǎn)要盡量小且清晰，A項(xiàng)操作是不合理；兩個(gè)點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，有利于作圖時(shí)把力的方向作準(zhǔn)確，B項(xiàng)操作是合理的；為了方便作圖，可將其中一個(gè)彈簧測力計(jì)中拉力的方向固定下來，改變另一個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)和拉力的方向，只要將結(jié)點(diǎn)拉至與一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮條時(shí)結(jié)點(diǎn)相同的位置即可，不影響實(shí)驗(yàn)的有效性，故C項(xiàng)操作是合理的；為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，在不超出彈簧測力計(jì)量程的情況下，彈簧測力計(jì)的示數(shù)越大，讀數(shù)誤差越小，故D項(xiàng)是合理的。(3)無論在哪個(gè)平面做實(shí)驗(yàn)，只要滿足在該平面內(nèi)兩次力的作用效果相同，在操作無誤的情況下，即可驗(yàn)證力的平行四邊形定則，因此在傾斜的木板上做實(shí)驗(yàn)，也能夠有效驗(yàn)證力的平行四邊形定則。2．(2021·江蘇昆山市八校適應(yīng)性檢測)某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖8甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩，圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖：圖8(1)如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________；(2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是________；A．理想實(shí)驗(yàn)法B．等效替代法C．控制變量法D．建立物理模型法(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要的步驟是：A．在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；B．用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套；C．用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O，記錄下O點(diǎn)的位置，讀出兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)；D．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F；E．只用一只彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個(gè)力F′的圖示；F．比較F′和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。上述步驟中，①有重要遺漏的步驟的序號是________和________；②遺漏的內(nèi)容分別是___________________