2021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

1、实验3探究两个互成角度的力的合成规律（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.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在实验误差允许范围内是否相同.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）.（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

2、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，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向.（5）改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做实验两次.（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实验步骤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.（1）系统误差：弹簧测力计本身不够准确造成的误差，为此要选择比

3、较准确的弹簧测力计.（2）偶然误差：弹簧测力计读数和作图造成偶然误差，需要多做几次实验，并且使两分力f1、f2的夹角适当大些.（3）减小误差的办法.实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.作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行.（1）使用弹簧测力计前，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，如果两个示数相同方可使用.（2）实验中的两个细绳套不要太短.（3）在同一次实验中，橡皮筋拉长时结点到达的位置一定要相同.（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

4、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、细绳套应该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.考点一实验原理与操作某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，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.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.图甲图乙（1）如果没有操作失误，图乙中的f与f两力中，方向一定沿ao方向的是.（2）本实验采用的科学方法是.a.理想实验法b.等效替代法c.控制变量法d.建立物理模型法（3）实验时，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

5、，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，记下细绳的方向，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：有重要遗漏的步骤的序号是和；遗漏的内容分别是_.解析：（1）由一个弹

6、簧测力计拉橡皮筋至o点的拉力一定沿ao方向；而根据平行四边形定则作图出的合力，由于误差的存在不一定沿ao方向，故一定沿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）据“平行四边形定则实验”操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是c、e.在c中未记下两细绳的方向；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）cec中应加上“记下两条细绳的方向”，e中应说明“把橡皮筋的结点拉到同一位置o”实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，所以在同一次实验中，结点o的位置不能改变.2.由于要用力的图示作图，所

7、以除了记录结点o的位置之外，还需要记录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，需根据坐标纸大小，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（2017全国卷）某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm）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

8、的拉力，橡皮筋p端回到a点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将p端拉至o点.此时观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f14.2 n和f25.6 n.用5 mm长度的线段表示1 n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）f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实验所允许的误差范围之内，则该实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4.0 n.（2）利用平行四边形定则作图，如图所示.由图可知f合4.0 n

9、，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1 mm，顶点的纵坐标长度为20 mm，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）图见解析4.00.05数据处理时的三点说明1.f1和f2的大小要根据标度画出.2.应用平行四边形定则求合力f合时，f合的大小要根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可避免地存在误差，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.考点三创新实验1.实验器材的变化如图2.分力和合力的变化（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

10、.某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧oc的劲度系数为500 n/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”实验.在保持弹簧伸长1.00 cm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）根据胡克定律，弹簧oc伸长1.00 cm时弹簧的弹力fckx5001.00102 n5.00 n；由图2可知弹簧秤a的读数fa3.00 n，根据勾股定理，fff，解得fb4.00 n.（2）改变弹簧秤b与oc的夹角时，由于保持弹簧伸长1.00 cm不变，因而fa与fb的合力f保持不变，根据平行四边形定则，fa、fb合成的平行四边形如图所示（oacb），当弹簧秤b与oc的夹角变小时，其力的合成的平行四边形为oacb，由图可