广西专版2025届高考物理一轮总复习第2章实验3探究两个互成角度的力的合成规律课件

等于F1、F2的合力。
保证作用效果相同
五、数据处理
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点按相同的标度沿记录的方向作出一个弹簧测力计的拉力
①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB=θ;
②对两个传感器进行调零;
③用另一根绳在O点悬挂 F1/N 1.001 0.580 …
一个钩码,记录两个传感器 F2/N -0.868 -0.291 …
的读数;
θ 30° 60° …
1.002 … 0.865 … 150° …
④取下钩码,移动传感器A改变θ角,重复上述实验步骤,得到表格。
(2)两弹簧测力计的作用力为相互作用力,大小总是相等,故A、C错误,B正 确。 (3)图中小正方形的边长表示2 N,根据平行四边形定则,作出两个力的合力, 如图所示。
由图可知F1=4 2 N,合力F=12 N;根据几何关系可知θ1=45°,θ1>θ2; 故B、C正确,A、D错误。
3.某小组为了验证力的平行四边形定则,设计了如图甲所示的实验:在一个 半圆形刻度盘上安装两个可以沿圆弧边缘移动的拉力传感器A、B,传感 器的挂钩系着轻绳,轻绳的另一端系在一起形成结点O,且O点在刻度盘的 圆心。在O点挂上重G=5.00 N的钩码,记录A、B的示数F1、F2和轻绳与竖 直方向的夹角θ1、θ2,用力的图示法验证力的平行四边形定则。
(1)根据表格,A传感器对应的是表中力
(选填“F1”或“F2”)。钩码质
量为
kg(g取10 m/s2,结果保留1位有效数字)。
(2)本实验中多次对传感器进行调零,对此操作说明正确的是何时调零对实验结果没有影响
C.为了消除水平杆自身重力对结果的影响
D.可以完全消除实验的误差
四、进行实验
如图甲所示,橡皮条的一端固定,另一端挂一轻质小圆环,橡皮条的长度为
GE。在图乙中,用两个弹簧测力计共同拉动小圆环,小圆环受到拉力F1、 F2和橡皮条的共同作用,处于O点,橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2, 改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环,小圆环受到拉力F和橡皮条的作用,
仍处于O点(图丙)。力F单独作用,与F1、F2共同作用,都能使小圆环静止于 O点,由于两次橡皮条的形变量相同,即橡皮条对小圆环的拉力相同,所以F
典例3.如图所示,某实验小组同学利用DIS实验装置研究力的平行四边形定
则,A、B为两个相同的双向力传感器,该型号传感器在受到拉力时读数为
正,受到压力时读数为负。A连接质量不计的细绳,可沿固定的圆弧形轨道
移动。B固定不动,通过光滑铰链连接长为0.3 m的杆。将细绳连接在杆右
端O点构成支架。保持杆在水平方向,按如下步骤操作:
N。
(2)用两个弹簧测力计通过细绳同时拉橡皮筋的P端,再次将P端拉到O1点。 此时观察到两个弹簧测力计的示数分别为F1=2.50 N,F2=2.60 N,方向如图 丙中虚线所示。
(3)用图丙所示的标度,以O1点为作用点,在图丙中画出这两个共点力的合
力F合的图示,F合的大小为
N(结果保留3位有效数字)。
(3)实验中,让A传感器沿圆心为O的圆弧形(而不是其他形状)轨道移动的主
要目的是
。
A.方便改变A传感器的读数 B.方便改变B传感器的读数
C.保持杆右端O的位置不变 D.方便改变细绳与杆的夹角θ
答案 (1)F1 0.05 (2)C (3)C 解析 (1)A传感器中的力均为拉力,为正值,故A传感器对应的是表中力F1。 平衡时,mg=F1sin θ,当θ=30°时,F1=1.001 N,可求得m=0.05 kg。 (2)在挂钩码之前,对传感器进行调零,是为了消除水平杆自身重力对结果 的影响,选项C正确。 (3)让A传感器沿圆心为O的圆弧形轨道移动的过程中,传感器与O点的距离 保持不变,即O点位置保持不变,选项A、B、D错误,C正确。
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
。
A.两细绳OB、OC夹角越大越好
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
(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=2.70 N、F2=2.30 N和F=4.00 N,得
则这两个示数的大小关系正确的是
。
A.F上>F下 B.F上=F下 C.F上<F下
(3)(多选)某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力F1和F2,图中小
正方形的边长表示2 N,两合力用F表示,F1与F的夹角为θ1,F2与F的夹角为θ2,
下列选项正确的有
。
A.F1=4 N B.F=12 N C.θ1=45° D.θ1<θ2
D.实验中,要始终将其中一只弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后调
节另一只弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点
(2)本实验所用的两弹簧测力计相同,弹簧和挂钩质量不计,外壳质量不能
忽略。将测力计水平放置,调好后水平互钩对拉,两弹簧测力计示数总是相
等;竖直互钩对拉时,上弹簧测力计的示数为F上,下弹簧测力计的示数为F下,
答案 (1)A (2)B (3)BC 解析 (1)两个分力的作用效果必须与合力的作用效果相同,才能对比合力 的理论值与实验值是否等效,故两次实验必须拉至结点O,故A正确。验证 力的平行四边形定则,采用力的图示方法,遗漏了记录两分力的方向,故B错 误。本实验采用的是力的图示方法,求合力不需要两只弹簧测力计之间的 夹角必须取90°,故C错误。其中一只弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程, 容易超过量程,两只弹簧测力计的拉力应尽量大小合适,故D错误。
2.在做验证力的平行四边形定则的实验中:
(1)橡皮条的一端固定在木板上,用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到
某一确定的O点,下列说法正确的是
。
A.同一次实验中,O点位置不允许变动
B.实验中,只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置
C.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点,两只弹簧测力计之间的夹角必须取
90°
答案 (1)CD (2)E (3)更换小重物 解析 (1)橡皮筋遵循胡克定律,要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长, 得到橡皮筋的伸长量,根据拉力大小与伸长量成比例作力的图示。所以必须 记下题图甲中OA段橡皮筋的长度和题图乙中OA和OB段橡皮筋的长度,故选 C、D。 (2)橡皮筋连接的细绳要稍微长些,并非要求等长,A错误;题图乙中A、B两点 不用必须等高,B错误;题图乙中连接小重物的细绳可以在OA、OB夹角的角 平分线上,也可以不在角平分线上,C错误;题图甲中O点的位置和OA的方向不 需要记录,D错误;需要记录题图乙中O点的位置和OA、OB的方向,E正确。 (3)在钉子位置不变的情况下,要改变实验效果,只有改变小重物的质量,故可 采用的方法是更换小重物。
思维点拨 1.分析实验目的:探究两个互成角度的力的合成规律。 2.确定实验思路:利用遵循胡克定律的橡皮筋,其弹力大小与伸长量成正比。 测出各伸长量的大小,作出力的图示以便验证平行四边形定则。 3.判定数据分析方案 (1)测出橡皮筋的原长和图甲中OA段橡皮筋的长度、图乙中OA和OB段橡 皮筋的长度,则可计算出合力和两分力的大小关系。 (2)由图乙确定合力和两分力的方向,作出力的图示。 (3)以两分力为邻边作平行四边形求出合力,与图甲中的合力比较得出结论。
练思维 迁移运用
1.(2023云南模拟)如图甲所示,实验小组做验证力的平行四边形定则的实 验,先将白纸贴在水平桌面上,然后将橡皮筋的一端用图钉固定在白纸上的 O点,让橡皮筋处于原长。部分实验步骤如下:
甲
(1)用一个弹簧测力计通过细绳将橡皮筋的P端拉至O1点,此时拉力的大小 F可由弹簧测力计读出,弹簧测力计的示数如图乙所示,F的大小为
(2)在完成本实验的过程中,必须注意的事项是
。(填选项前字母)
A.橡皮筋两端连接的细绳长度必须相同
B.图乙中A、B两点必须等高
C.图乙中连接小重物的细绳必须在OA、OB夹角的角平分线上
D.记录图甲中O点的位置和OA的方向
E.记录图乙中O点的位置和OA、OB的方向
(3)若钉子位置固定,利用现有器材改变实验效果,可采用的方法是 。
(4)通过比较
这两个力的大小和方向,即可得出实验结论。
答案 (1)4.30 (3)见解析图 4.36(4.29 ~4.43均可) (4)F和F合 解析 (1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N,则F的大小为4.30 N。 (3)画出这两个共点力的合力F合如图:
由图可知F合的大小为4.36 N(4.29~4.43 N)。 (4)通过比较F和F合这两个力的大小和方向,即可得出实验结论。
②将橡皮筋一端细绳用钉子固定在竖直木板上的A点,在橡皮筋的中点O用 细绳系住重物,使重物自然下垂,如图甲所示; ③将橡皮筋的另一端细绳固定在竖直木板上的B点,如图乙所示。
(1)为完成本实验,下列还必须测量的物理量为
。(填选项前字母)
A.小重物的质量
B.细绳的长度
C.图甲中OA段橡皮筋的长度 D.图乙中OA和OB段橡皮筋的长度
第二章 实验3 探究两个互成角度的力的合成规律
强基础 增分策略
一、实验目的 验证力的平行四边形定则。 二、实验思路 互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F'产生相同的效果,比较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。 三、实验器材 木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、小圆环、三角 板、刻度尺、图钉(若干个)。
F'的图示。
不同小组可以取不同标度
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。
六、误差分析 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。 七、注意事项 1.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。 2.作图时使用刻度尺或三角板,作图要规范。
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大小为
N。
答案 (1)2.35 (2)A (3)B (4)①见解析图 ②3.99 解析 (1)弹簧测力计最小分度值为0.1 N,估读到0.01 N,题图丁中读数为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;不需要记录的是题图甲中E的位置,故选A。 (3)两个细绳OB、OC夹角要适当大一些,但不能太大,合力一定时,两分力 夹角太大导致两分力太大,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,不仅需要保证两次橡皮 筋伸长量相同,还必须都是伸长至O点才行,选项C错误。
1.实验器材的变化
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。
典例2.某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋 并利用如下实验器材验证平行四边形定则:刻度 尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子、质量 不同的小重物若干、木板。实验方案如下: ①将橡皮筋的两端分别与两条细绳相连,测出橡 皮筋的原长;
增素能 精准突破
考点一 教材原型实验 典例1.(2023黑龙江哈师大附中高三检测)在探究两个互成角度的力的合成 规律实验中,实验装置及实验过程如图甲、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,不必记录的有
。
A.甲图中E的位置 B.乙图中O的位置
(4)①由于标度已经选定,作图时要保证表示F1、F2的线段长度分别为标度 的2.7倍和2.3倍,作图如图所示; ②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。
考点二 实验的改进与创新
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。