2.6+实验三：探究两个互成角度的力的合成规律+课件+-2027届高考物理一轮复习

第11课时实验三:探究两个互成角度的力的合成规律1.实验目的(1)探究两个互成角度的力的合成规律。(2)进一步练习使用作图法求两个共点力的合力。2.实验原理互成角度的两个共点力F1、F2与一个力F的作用效果相同,则F为F1、F2的

。

3.实验器材方木板、白纸、

(两个)、橡皮条、小圆环、细绳套(两个)、三角板、

、图钉(若干)、铅笔。

合力弹簧测力计刻度尺4.实验步骤(1)装置安装:在方木板上用图钉固定一张白纸,如图甲,橡皮条的一端连接轻质小圆环,另一端固定,橡皮条的原长为GE。(2)两力拉:如图乙,在小圆环上系上两个细绳套,用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环,小圆环处于O点,橡皮条伸长的长度为EO。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F1、F2。(3)一力拉:如图丙,改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环,仍使它处于O点,记下细绳套的方向和弹簧测力计的读数F'。(4)重复实验:改变拉力F1和F2的大小和方向,重做两次实验。5.数据处理(1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1、F2的图示,并用刻度尺以F1、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只用一只弹簧测力计的读数F'的图示。命题分析1.考装置:器材装配以及其他器材替代。2.考读算:读弹簧弹力大小、作图求合力。3.考变化:实验装置、实验原理创新。操作注意1.等效:同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点O位置必须保持不变。2.拉力:沿弹簧测力计轴线方向拉(与板面平行),橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行,两分力F1、F2的夹角不要太大或太小,以

60°~120°为宜。3.记录:记下每次各力的大小和方向,标记方向的两点尽量远些;记下两细绳方向和结点O的位置。4.作图:选定比例要相同,严格按力的图示要求作平行四边形求合力。误差分析1.读数误差减小读数误差的方法:弹簧测力计的示数在允许的情况下,尽量大一些。读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确读数和记录。2.作图误差减小作图误差的方法:作图时两力的对边一定要平行,两个分力F1、F2间的夹角越大,用平行四边形作出的合力F的误差就越大,所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大。考点一教材原型实验考点一典例1

在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,实验装置及过程如图甲乙丙所示,E为橡皮筋原长时小圆环的位置,O为实验时小圆环被拉至的位置。(1)图丁中弹簧测力计的示数为

N。

(2)在实验过程中,必须记录的有

。(本小题有多个选项正确)

A.甲图中E的位置

B.乙图中O的位置C.OB、OC的方向

D.弹簧测力计的示数(3)下列选项中,与本实验要求相符的是

。(本小题有多个选项正确)A.两细绳OB、OC夹角要尽量大一些B.读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度C.实验时,只需保证两次橡皮筋伸长量相同即可D.多次实验时,均应将小圆环拉到O点处2.35BCDBD(4)某次实验记录纸如图戊所示,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点,拉力F的方向过P点;三个力的大小分别为:F1=2.70N、F2=2.30N和F=4.00N。得出正确实验结论后,请根据实验结论和图中给出的标度:①在图中作出F1和F2的合力;②根据作图求出该合力为

N。

3.99解析

(1)弹簧测力计最小分度为0.1

N,读数要读到0.01

N,图中读数为2.35

N。(2)必须要记录的有两个分力F1和F2的大小和方向、合力F的大小和方向,力的大小通过弹簧测力计读出,两次都要使小圆环被拉到O点位置,所以必须记录的有B、C、D。(3)两细绳OB、OC夹角要适当大一些,但不能太大,合力一定时,两分力夹角太大则两分力很大,导致测量误差变大,选项A错误;读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度,规范操作,选项B正确;实验时,不仅需保证两次橡皮筋伸长量相同,还必须都是沿竖直方向伸长至O点才行,选项C错误;多次实验时,都要保证弹簧测力计把小圆环拉到的位置相同,选项D正确。(4)由于标度已经选定,作图时要保证表示F1、F2的线段长度为标度的2.7倍和2.3倍,作图如下。量出作图法求出的合力长度约为标度的3.99倍,所以合力大小为3.99

N。对点演练1

(2025黑吉辽蒙卷)某兴趣小组设计了一个可以测量质量的装置。如图(a),细绳1、2和橡皮筋相连于一点,绳1上端固定在A点,绳2下端与水杯相连,橡皮筋的另一端与绳套相连。图(a)为确定杯中物体质量m与橡皮筋长度x的关系,该小组逐次加入等质量的水,拉动绳套,使绳1每次与竖直方向的夹角均为30°且橡皮筋与绳1垂直,待装置稳定后测量对应的橡皮筋长度。根据测得数据作出x-m关系图线,如图(b)所示。图(b)回答下列问题:(1)将一芒果放入此空杯,按上述操作测得x=11.60cm,由图(b)可知,该芒果的质量m0=

g(结果保留到个位)。若杯中放入芒果后,绳1与竖直方向的夹角为30°但与橡皮筋不垂直,由图像读出的芒果质量与m0相比

(选填“偏大”或“偏小”)。

(2)另一组同学利用同样方法得到的x-m图像在后半部分弯曲,下列原因可能的是

。A.水杯质量过小B.绳套长度过大C.橡皮筋伸长量过大,弹力与其伸长量不成正比(3)写出一条可以使上述装置测量质量范围增大的措施

。106偏大C减小细绳1与竖直方向的夹角解析

(1)操作测得x=11.60

cm,由图(b)的图像坐标可知,该芒果的质量为106

g;若杯中放入芒果后,绳1与竖直方向的夹角为30°但与橡皮筋不垂直,根据共点力平衡可知橡皮筋的拉力变大,导致橡皮筋的长度偏大,若仍然根据图像读出芒果的质量,与m0相比偏大。(2)另一组同学利用同样方法得到的x-m图像在后半部分弯曲,可能是所测物体的质量过大,导致橡皮筋所受的弹力过大,超过了弹簧的弹性限度,从而使橡皮筋弹力与其伸长量不成正比。故选C。(3)根据共点力平衡条件可知,当减小细绳1与竖直方向的夹角时,相同的物体质量对应橡皮筋的拉力较小,故相同的橡皮筋,减小细绳1与竖直方向的夹角可增大质量测量范围。考点二拓展创新实验1.高考启示本实验一般是在教材实验原理的基础上,以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件或通过改变实验条件、实验仪器设置题目。因此要在教材实验的基础上注重对器材变化后分力和合力的分析判断能力的培养,要善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。2.情境拓展

实验装置创新O点为活结,同一根绳,AO绳的拉力等于BO的拉力,设为F,若弹力F的大小满足F=,即可验证平行四边形定则①通过应用定滑轮,改变拉力的方向②钩码的总重力即对应细绳的拉力大小③OA、OB绳拉力的合力与OC绳拉力等大反向数据处理创新利用三力平衡结论,一个力与另外两个力的合力等大反向,验证这个力与另外两个力的关系典例2

甲、乙两实验小组分别利用传感器,弹簧测力计来探究力的合成规律,装置如图所示。

甲

乙

(1)甲、乙两实验小组的木板须在竖直平面内的是

(选填“甲”或“乙”),实验中须保持O点位置不变的是

(选填“甲”或“乙”)。

甲乙(2)甲实验中测得两传感器的拉力分别为F1、F2,钩码总重力为G,下列数据不能完成实验的是

。

A.F1=F2=1.00N,G=3.00NB.F1=F2=3.00N,G=4.00NC.F1=F2=G=4.00ND.F1=3.00N,F2=4.00N,G=5.00NA(3)乙实验中保持O点的位置不变,初始时α+β>90°,现使α角不变,β角缓慢增大至90°。则此过程中,有关两弹簧测力计示数FA、FB的变化,下列说法正确的是

。A.FA减小、FB减小B.FA增大、FB增大C.FA减小、FB先减小后增大D.FA增大、FB先减小后增大B对点演练2

某同学在家中利用一个挂钟表盘探究“力的平行四边形定则”。实验器材有橡皮筋、重6N的小铁块、轻弹簧、细线、直尺、挂钟表盘。实验步骤如下:①在轻弹簧下挂小铁块,平衡时弹簧伸长6.0cm。②如图甲所示,将表盘竖直固定,橡皮筋上端固定在表盘的“12”处,下端拴上两根细线套a、b,先用弹簧竖直向下拉线套a,使橡皮筋下端至表盘中心O点处,此时弹簧伸长了10.0cm,将此时拉橡皮筋的力记为F。该同学取弹簧伸长2cm为单位力长度,在表盘上过O点作出了力F的图示。③如图乙所示,再将小铁块挂在线套b上,并将其搭在表盘“4”处的光滑钉子上,用弹簧拉线套a,调整弹簧拉力的大小和方向,使橡皮筋下端到达O点时,线套a正好经过“7”处,此时弹簧伸长了8.2cm,将弹簧的拉力记为F1,铁块的拉力记为F2。请回答下列问题:(1)弹簧的劲度系数为

N/m。(计算结果取两位有效数字)

(2)实验中两次拉橡皮筋时都使其下端到达O点的目的是

。

A.让橡皮筋伸长适当长度B.防止超过橡皮筋的弹性限度C.保证两次拉橡皮筋的力效果相同(3)该同学在图乙中画出F1和F2的力的图示,如图丙所示。1.0×102C(4)随后该同学采用两种方案来分析实验数据。方案