2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第2章 實驗3 探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律

第二章相互作用實驗三探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗知識·自主回顧核心考點·重點突破提能訓(xùn)練練案[13]實驗知識·自主回顧一、實驗?zāi)康奶骄苛Φ暮铣傻钠叫兴倪呅味▌t；理解等效替代思維方法在物理學(xué)中的應(yīng)用。二、實驗原理一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮筋伸長到同一點，所以力F就是這兩個力F1和F2的合力。作出力F1、F2和F的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F′的圖示。比較F和F′的大小和方向，若在實驗誤差允許范圍內(nèi)相等，則可說明兩個共點力的合成遵循平行四邊形定則。三、實驗器材方木板、白紙、彈簧測力計(兩個)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、三角板、刻度尺、圖釘(若干)細(xì)繩，鉛筆。四、實驗步驟(1)如圖甲所示，在方木板上用圖釘固定一張白紙，將輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端，在小圓環(huán)上系上兩個細(xì)繩套，把橡皮條的另一端固定，橡皮條的原長為GE。(2)如圖乙所示，用手通過兩個彈簧測力計互成角度地共同拉動小圓環(huán)，使小圓環(huán)處于O點，橡皮條伸長的長度為OE。用鉛筆描下O點位置、細(xì)繩套的________，并記錄______________________。方向兩彈簧測力計的讀數(shù)(3)如圖丙所示，改用一個彈簧測力計單獨拉住小圓環(huán)，仍使小圓環(huán)處于O點，記下彈簧測力計的________和細(xì)繩套的________。(4)改變兩個力F1和F2的大小和夾角，再重復(fù)上述實驗兩次。讀數(shù)方向五、數(shù)據(jù)處理(1)用鉛筆和刻度尺在O點按選定的標(biāo)度畫出F、F1和F2三個力的圖示，如圖所示。(2)比較F是否是以F1和F2為鄰邊所作的平行四邊形的對角線。(3)對其他兩次實驗也做上述處理。六、實驗結(jié)論以F1、F2為鄰邊，F(xiàn)為對角線所圍成的四邊形形狀是平行四邊形，所以兩個互成角度的力的合成遵循平行四邊形定則。七、誤差分析

產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差讀數(shù)不準(zhǔn)確正視、平視彈簧測力計刻度作圖不規(guī)范(1)兩分力夾角在60°～120°之間；(2)彈簧測力計讀數(shù)盡量大八、注意事項(1)實驗時，彈簧測力計必須保持與木板________，且拉力應(yīng)沿軸線方向。彈簧測力計的指針、拉桿都不要與刻度板和刻度板末端的限位孔發(fā)生摩擦。(2)規(guī)范實驗操作①位置不變：在同一次實驗中，將橡皮條拉長時結(jié)點的位置一定要相同。②角度合適：兩個彈簧測力計所拉細(xì)繩套的夾角不宜太小，也不宜太大。平行③在不超出彈簧測力計量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)的前提下，測量數(shù)據(jù)應(yīng)盡量大一些。④細(xì)繩套適當(dāng)長一些，便于確定力的方向。不要直接沿細(xì)繩套方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩套兩端畫投影點，去掉細(xì)繩套后，連直線確定力的方向。(3)規(guī)范作圖：在同一次實驗中，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。核心考點·重點突破1教材原型實驗(基礎(chǔ)考點·自主探究)【跟蹤訓(xùn)練】(實驗原理和實驗操作)(2023·全國乙卷)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有：木板、白紙、兩個標(biāo)準(zhǔn)彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線和圖釘若干。完成下列實驗步驟：(1)用圖釘將白紙固定在水平木板上。(2)將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細(xì)線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并________。(多選，填正確答案標(biāo)號)A．用刻度尺量出橡皮條的長度B．用刻度尺量出兩細(xì)線的長度C．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置D．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向CD(3)撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到____________，由測力計的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線標(biāo)記此時F的方向。(4)選擇合適標(biāo)度，由步驟(2)的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的力的圖示，得出合力F′的大小和方向；按同一標(biāo)度在白紙上畫出力F的圖示。(5)比較F′和F的______________，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。相同位置大小和方向[解析]

(2)將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細(xì)線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，還需要用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置以及用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向。故選CD。(3)撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到相同位置，由測力計的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線標(biāo)記此時F的方向。(5)比較F′和F的大小和方向，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。(實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析)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(xì)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2.35AB(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。[解析]

(1)彈簧測力計最小分度值為0.1N，估讀到0.01N，題圖丁中讀數(shù)為2.35N。見解析圖3.99(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(xì)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，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，B正確；實驗時，不僅需保證兩次橡皮筋伸長量相同，還必須都伸長至O點才行，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2.70倍和2.30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3.99N。2創(chuàng)新實驗提升(能力考點·深度研析)1．對實驗原理、實驗方法的改進(jìn)2．實驗器材的改進(jìn)?考向1實驗原理和實驗器材的創(chuàng)新

有同學(xué)利用如圖所示的裝置來探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律，在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結(jié)點O，每個鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力F1、F2和F3，回答下列問題：(1)改變鉤碼個數(shù)，實驗可能完成的是__________(填正確答案標(biāo)號)。A．鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝2，N3＝5B．鉤碼的個數(shù)N1＝N3＝3，N2＝4C．鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝N3＝4D．鉤碼的個數(shù)N1＝3，N2＝4，N3＝5BCD(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是______(填選項前字母)。A．標(biāo)記結(jié)點O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向B．量出OA、OB、OC三段繩子的長度C．用量角器量出三段繩子之間的夾角D．用天平測出鉤碼的質(zhì)量A(3)在作圖時，你認(rèn)為______(填“甲”或“乙”)是正確的。甲[解析]

(1)實驗中的分力與合力的關(guān)系必須滿足|F1－F2|≤F3≤F1＋F2(等號在反向或同向時取得)，因此B、C、D三項都是可以的。(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是標(biāo)記結(jié)點O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向。(3)F3的方向一定豎直向下，由于測量誤差F1和F2的合力方向可能偏離豎直方向，所以甲是正確的。?考向2實驗方法的遷移應(yīng)用

某實驗小組要測量一鐵塊的重力。由于鐵塊的重力超過了刻度不清的彈簧秤量程，為不損壞彈簧秤，設(shè)計如下實驗，可提供選擇器材有：一刻度不清的彈簧秤、細(xì)線、鐵塊、白紙、刻度尺、鉤碼、定滑輪。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間、鉤碼質(zhì)量為m0。該小組利用上述實驗器材進(jìn)行實驗：(1)用彈簧秤豎直掛著鉤碼，如圖甲所示，用刻度尺測出鉤碼靜止時彈簧秤中彈簧的伸長量，即指針移動的長度x1，計算出彈簧的勁度系數(shù)k＝_______(用m0、g、x1表示)；(2)用彈簧秤與細(xì)線互成角度吊起鐵塊，如圖乙所示，靜止時測出彈簧秤中彈簧的伸長量x2，可得此時彈簧秤的彈力FB＝kx2。(3)現(xiàn)已在圖丙中畫出細(xì)線OA、OB、OC的拉力方向及OB拉力的大小，并標(biāo)記結(jié)點O。請你在圖丙中用作圖法畫出