適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第2章相互作用共點力的平衡實驗3探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律課件

實驗3探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律第二章強基礎(chǔ)增分策略一、實驗?zāi)康尿炞C力的平行四邊形定則。二、實驗思路互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F'產(chǎn)生相同的效果,比較F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F'在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相同。三、實驗器材木板、白紙、彈簧測力計(兩個)、橡皮條、細繩套(兩個)、小圓環(huán)、三角板、刻度尺、圖釘(若干個)。四、進行實驗如圖甲所示,橡皮條的一端固定,另一端掛一輕質(zhì)小圓環(huán),橡皮條的長度為GE。在圖乙中,用兩個彈簧測力計共同拉動小圓環(huán),小圓環(huán)受到拉力F1、F2和橡皮條的共同作用,處于O點,橡皮條伸長的長度為EO。撤去F1、F2,改用一個彈簧測力計單獨拉住小圓環(huán),小圓環(huán)受到拉力F和橡皮條的作用,仍處于O點(圖丙)。力F單獨作用,與F1、F2共同作用,都能使小圓環(huán)靜止于O點,由于兩次橡皮條的形變量相同,即橡皮條對小圓環(huán)的拉力相同,所以F等于F1、F2的合力。

保證作用效果相同五、數(shù)據(jù)處理1.用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細繩方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,過O點畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖示。2.用刻度尺從O點按相同的標(biāo)度沿記錄的方向作出一個彈簧測力計的拉力F'的圖示。

不同小組可以取不同標(biāo)度3.比較F與F'是否完全重合或幾乎重合,從而驗證平行四邊形定則。六、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:彈簧測力計本身不夠準(zhǔn)確造成的誤差,為此要選擇比較準(zhǔn)確的彈簧測力計。2.偶然誤差:彈簧測力計讀數(shù)和作圖造成偶然誤差,需要多做幾次實驗,并且使兩分力F1、F2的夾角適當(dāng)大些。七、注意事項1.實驗過程中讀數(shù)時視線要垂直彈簧測力計的刻度,要按有效數(shù)字和彈簧測力計的精度正確讀數(shù)和記錄。2.作圖時使用刻度尺或三角板,作圖要規(guī)范。增素能精準(zhǔn)突破考點一教材原型實驗典例1.(2023黑龍江哈師大附中高三檢測)在探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗中,實驗裝置及實驗過程如圖甲、乙、丙所示,E為橡皮筋原長時小圓環(huán)的位置,O為實驗時小圓環(huán)被拉至的位置。(1)圖丁中彈簧測力計的示數(shù)為

N。

(2)在實驗過程中,不必記錄的有

。

A.甲圖中E的位置 B.乙圖中O的位置C.OB、OC的方向 D.彈簧測力計的示數(shù)(3)下列選項中,與本實驗要求相符的是

。

A.兩細繩OB、OC夾角越大越好B.讀數(shù)時,視線應(yīng)正對彈簧測力計的刻度C.實驗時,只需保證兩次橡皮筋伸長量相同即可(4)某次實驗記錄紙如圖戊所示,拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點,拉力F的方向過P點;三個力的大小分別為F1=2.70N、F2=2.30N和F=4.00N,得出正確實驗結(jié)論后,請根據(jù)實驗結(jié)論和圖中給出的標(biāo)度:①在圖中作出F1和F2的合力;②根據(jù)作圖求出該合力大小為

N。

答案

(1)2.35

(2)A

(3)B

(4)①見解析圖

②3.99解析

(1)彈簧測力計最小分度值為0.1

N,估讀到0.01

N,題圖丁中讀數(shù)為2.35

N。(2)必須要記錄的有兩個分力F1和F2的大小和方向、合力F的大小和方向,力的大小通過彈簧測力計讀出,兩次都要使小圓環(huán)被拉到O點位置,所以必須記錄的有B、C、D;不需要記錄的是題圖甲中E的位置,故選A。(3)兩個細繩OB、OC夾角要適當(dāng)大一些,但不能太大,合力一定時,兩分力夾角太大導(dǎo)致兩分力太大,測量誤差變大,選項A錯誤。讀數(shù)時,視線應(yīng)正對彈簧測力計的刻度,規(guī)范操作,選項B正確。實驗時,不僅需要保證兩次橡皮筋伸長量相同,還必須都是伸長至O點才行,選項C錯誤。(4)①由于標(biāo)度已經(jīng)選定,作圖時要保證表示F1、F2的線段長度分別為標(biāo)度的2.7倍和2.3倍,作圖如圖所示;②量出作圖法求出的合力長度約為標(biāo)度的3.99倍,所以合力大小為3.99

N?？键c二實驗的改進與創(chuàng)新本實驗一般是在教材實驗原理的基礎(chǔ)上,以實驗中操作的注意事項、誤差來源設(shè)置條件,或通過改變實驗條件、實驗儀器設(shè)置題目。因此要在教材實驗的基礎(chǔ)上注重對器材變化后分力和合力的分析判斷能力的培養(yǎng),要善于用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。1.實驗器材的變化

2.分力和合力的變化(1)分力的獲得:彈簧測力計的拉力→鉤碼的重力。(2)合力的獲得:彈簧測力計的拉力→重物的重力→鉤碼的重力。典例2.某同學(xué)找到一條遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下實驗器材驗證平行四邊形定則:刻度尺、三角板、鉛筆、細繩、白紙、釘子、質(zhì)量不同的小重物若干、木板。實驗方案如下:①將橡皮筋的兩端分別與兩條細繩相連,測出橡皮筋的原長;②將橡皮筋一端細繩用釘子固定在豎直木板上的A點,在橡皮筋的中點O用細繩系住重物,使重物自然下垂,如圖甲所示;③將橡皮筋的另一端細繩固定在豎直木板上的B點,如圖乙所示。(1)為完成本實驗,下列還必須測量的物理量為

。(填選項前字母)

A.小重物的質(zhì)量 B.細繩的長度C.圖甲中OA段橡皮筋的長度 D.圖乙中OA和OB段橡皮筋的長度(2)在完成本實驗的過程中,必須注意的事項是

。(填選項前字母)

A.橡皮筋兩端連接的細繩長度必須相同B.圖乙中A、B兩點必須等高C.圖乙中連接小重物的細繩必須在OA、OB夾角的角平分線上D.記錄圖甲中O點的位置和OA的方向E.記錄圖乙中O點的位置和OA、OB的方向(3)若釘子位置固定,利用現(xiàn)有器材改變實驗效果,可采用的方法是

。

思維點撥

1.分析實驗?zāi)康?探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律。2.確定實驗思路:利用遵循胡克定律的橡皮筋,其彈力大小與伸長量成正比。測出各伸長量的大小,作出力的圖示以便驗證平行四邊形定則。3.判定數(shù)據(jù)分析方案(1)測出橡皮筋的原長和圖甲中OA段橡皮筋的長度、圖乙中OA和OB段橡皮筋的長度,則可計算出合力和兩分力的大小關(guān)系。(2)由圖乙確定合力和兩分力的方向,作出力的圖示。(3)以兩分力為鄰邊作平行四邊形求出合力,與圖甲中的合力比較得出結(jié)論。答案

(1)CD

(2)E

(3)更換小重物解析

(1)橡皮筋遵循胡克定律,要測量拉力可以通過測量橡皮筋的長度和原長,得到橡皮筋的伸長量,根據(jù)拉力大小與伸長量成比例作力的圖示。所以必須記下題圖甲中OA段橡皮筋的長度和題圖乙中OA和OB段橡皮筋的長度,故選C、D。(2)橡皮筋連接的細繩要稍微長些,并非要求等長,A錯誤;題圖乙中A、B兩點不用必須等高,B錯誤;題圖乙中連接小重物的細繩可以在OA、OB夾角的角平分線上,也可以不在角平分線上,C錯誤;題圖甲中O點的位置和OA的方向不需要記錄,D錯誤;需要記錄題圖乙中O點的位置和OA、OB的方向,E正確。(3)在釘子位置不變的情況下,要改變實驗效果,只有改變小重物的質(zhì)量,故可采用的方法是更換小重物。典例3.如圖所示,某實驗小組同學(xué)利用DIS實驗裝置研究力的平行四邊形定則,A、B為兩個相同的雙向力傳感器,該型號傳感器在受到拉力時讀數(shù)為正,受到壓力時讀數(shù)為負(fù)。A連接質(zhì)量不計的細繩,可沿固定的圓弧形軌道移動。B固定不動,通過光滑鉸鏈連接長為0.3m的桿。將細繩連接在桿右端O點構(gòu)成支架。保持桿在水平方向,按如下步驟操作:①測量繩子與水平桿的夾角∠AOB=θ;②對兩個傳感器進行調(diào)零;③用另一根繩在O點懸掛一個鉤碼,記錄兩個傳感器的讀數(shù);④取下鉤碼,移動傳感器A改變θ角,重復(fù)上述實驗步驟,得到表格。F1/N1.0010.580…1.002…F2/N-0.868-0.291…0.865…θ30°60°…150°…(1)根據(jù)表格,A傳感器對應(yīng)的是表中力

(選填“F1”或“F2”)。鉤碼質(zhì)量為

kg(g取10m/s2,結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。

(2)本實驗中多次對傳感器進行調(diào)零,對此操作說明正確的是

。

A.因為事先忘記調(diào)零B.何時調(diào)零對實驗結(jié)果沒有影響C.為了消除水平桿自身重力對結(jié)果的影響D.可以完全消除實驗的誤差(3)實驗中,讓A傳感器沿圓心為O的圓弧形(而不是其他形狀)軌道移動的主要目的是

。

A.方便改變A傳感器的讀數(shù) B.方便改變B傳感器的讀數(shù)C.保持桿右端O的位置不變 D.方便改變細繩與桿的夾角θ答案

(1)F1

0.05

(2)C

(3)C解析

(1)A傳感器中的力均為拉力,為正值,故A傳感器對應(yīng)的是表中力F1。平衡時,mg=F1sin

θ,當(dāng)θ=30°時,F1=1.001

N,可求得m=0.05

kg。(2)在掛鉤碼之前,對傳感器進行調(diào)零,是為了消除水平桿自身重力對結(jié)果的影響,選項C正確。(3)讓A傳感器沿圓心為O的圓弧形軌道移動的過程中,傳感器與O點的距離保持不變,即O點位置保持不變,選項A、B、D錯誤,C正確。練思維遷移運用1.(2023云南模擬)如圖甲所示,實驗小組做驗證力的平行四邊形定則的實驗,先將白紙貼在水平桌面上,然后將橡皮筋的一端用圖釘固定在白紙上的O點,讓橡皮筋處于原長。部分實驗步驟如下:甲(1)用一個彈簧測力計通過細繩將橡皮筋的P端拉至O1點,此時拉力的大小F可由彈簧測力計讀出,彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示,F的大小為

N。

(2)用兩個彈簧測力計通過細繩同時拉橡皮筋的P端,再次將P端拉到O1點。此時觀察到兩個彈簧測力計的示數(shù)分別為F1=2.50N,F2=2.60N,方向如圖丙中虛線所示。(3)用圖丙所示的標(biāo)度,以O(shè)1點為作用點,在圖丙中畫出這兩個共點力的合力F合的圖示,F合的大小為

N(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(4)通過比較

這兩個力的大小和方向,即可得出實驗結(jié)論。

答案

(1)4.30

(3)見解析圖

4.36(4.29~4.43均可)

(4)F和F合解析

(1)彈簧測力計的最小刻度為0.1

N,則F的大小為4.30

N。(3)畫出這兩個共點力的合力F合如圖:由圖可知F合的大小為4.36

N(4.29~4.43

N)。(4)通過比較F和F合這兩個力的大小和方向,即可得出實驗結(jié)論。2.在做驗證力的平行四邊形定則的實驗中:(1)橡皮條的一端固定在木板上,用兩只彈簧測力計把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點,下列說法正確的是

。

A.同一次實驗中,O點位置不允許變動B.實驗中,只需記錄彈簧測力計的讀數(shù)和O點的位置C.實驗中,把橡皮條的另一端拉到O點,兩只彈簧測力計之間的夾角必須取90°D.實驗中,要始終將其中一只彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程,然后調(diào)節(jié)另一只彈簧測力計拉力的大小和方向,把橡皮條另一端拉到O點(2)本實驗所用的兩彈簧測力計相同,彈簧和掛鉤質(zhì)量不計,外殼質(zhì)量不能忽略。將測力計水平放置,調(diào)好后水平互鉤對拉,兩彈簧測力計示數(shù)總是相等;豎直互鉤對拉時,上彈簧測力計的示數(shù)為F上,下彈簧測力計的示數(shù)為F下,則這兩個示數(shù)的大小關(guān)系正確的是

。

A.F上>F下B.F上=F下C.F上<F下(3)(多選)某同學(xué)在坐標(biāo)紙上畫出了如圖所示的兩個已知力F1和F2,圖中小正方形的邊長表示2N,兩合力用F表示,F1與F的夾角為θ1,F2與F的夾角為θ2,下列選項正確的有

。

A.F1=4NB.F=12NC.θ1=45°D.θ1<θ2答案

(1)A

(2)B

(3)BC解析

(1)兩個分力的作用效果必須與合力的作用效果相同,才能對比合力的理論值與實驗值是否等效,故兩次實驗必須拉至結(jié)點O,故A正確。驗證力的平行四邊形定則,采用力的圖示方法,遺漏了記錄兩分力的方向,故B錯誤。本實驗采用的是力的圖示方法,求合力不需要兩只彈簧測力計之間的夾角必須取90°,故C錯誤。其中一只彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程,容易超過量程,兩只彈簧測力計的拉力應(yīng)盡量大小合適,故D錯誤。(2)兩彈簧測力計的作用力為相互作用力,大小總是相等,故A、C錯誤,B正確。(3)圖中小正方形的邊長表示2

N,根據(jù)平行四邊形定則,作出兩個力的合力,如圖所示。由圖可知F1=4N,合力F=12

N;根據(jù)幾何關(guān)系可知θ1=45°,θ1>θ2;故B、C正確,A、D錯誤。3.某小組為了驗證力的平行四邊形定則,設(shè)計了如圖甲所示的實驗:在一個半圓形刻度盤上安裝兩個可以沿圓弧邊緣移動的拉力傳感器A、B,傳感器的掛鉤系著輕繩,輕繩的另一端系在一起形成結(jié)點O,且O點在刻度盤的圓心。在O點掛上重G=5.00N的鉤碼,記錄A、B的示數(shù)F1、F2和輕繩與豎直方向的夾角θ1、θ2,用力的圖示法驗證力的平行四邊形定則。甲乙丙(1)當(dāng)F1=3.60N,F2=4.50N,θ1=60°,θ2=45°時,請在圖乙中用力的圖示法作圖,畫出兩繩拉力的合力F,并求出合力F=

N。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(2)在實驗中,某位同學(xué)將傳感器A固定在一個位置后,再將傳感器B從豎直位置的P點緩慢順時針旋轉(zhuǎn),得到了如圖丙所示的F2-θ2圖像(0≤θ2≤90°),由圖丙可知傳感器A所處位置的角度θ1=

,當(dāng)傳感器A的示數(shù)最大時θ2=

。

答案

(1)圖見解析

4.98(2)30°

90°解析

(1)先畫出力的標(biāo)度,根據(jù)題中所給數(shù)據(jù),畫出F1、F2的圖示,利用平行四邊形求出合力大小為4.98

N。(2)當(dāng)θ2=0時F2=G=5

N;當(dāng)θ2=60°時F2最小值為2.5

N,則此時兩個分力F1、F2是垂直的,即θ1=30°。根據(jù)實驗裝置圖可知,當(dāng)傳感器B順時針旋轉(zhuǎn)90°時傳感器A的示數(shù)最大,此時θ2=90°。4.某同學(xué)利用如圖所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則,在豎直木板上鋪上白紙,固定兩個光滑的滑輪,將繩子打一個結(jié)點O,在繩子兩端和節(jié)點O處分別掛上鉤碼并跨過兩滑輪,每個鉤碼的質(zhì)量相等,當(dāng)系統(tǒng)達到平衡時,根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力FOA、FOB和FOC。(1)改變鉤碼的個數(shù),實驗?zāi)芡瓿傻氖?/p>

。

A.鉤碼的個數(shù)N1=N2=2,N