实验三 探究两个互成角度的力的合成规律 课件 -2027年高考物理一轮复习（全国通用）

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实验操作•夯实必备知识
典例精析•实现素养迁移
类型一　动脑求真—— 明原理角度1　常规考法【典例1】某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉所在位置,O为橡皮条与细绳的结点,OB与OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
(1)本实验采用的科学方法是__________(填选项前字母)。 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【解析】(1)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,它们是等效替代的关系,B正确。
(2)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,用图钉把白纸钉在方木板上;B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端各系上绳套;C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,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,以表示F1、F2的线段为邻边作平行四边形,并以这两个邻边之间的对角线表示力F;E.只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,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F'的图示;F.进行多组实验。比较F'和F的大小和方向,得出结论。上述步骤中:①有重要遗漏的步骤的序号是__________和__________; ②遗漏的内容分别是____________________________________________________________________。 
在C中未记下两条细绳的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O
【解析】(2)①根据“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的操作步骤可知,有重要遗漏的步骤的序号是C和E。②在C中未记下两条细绳的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。
(3)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________。 【解析】(3)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向;而作图作出的力,由于误差的存在,不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F'。
(4)比较F和F',写出可能产生误差的两点原因: ______________________________________________________________________。 【解析】(4)没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行;读数时没有正视弹簧测力计。
没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行;读数时没有正视弹簧测力计
(5)如果实验中,开始两弹簧测力计的夹角小于90°,保持弹簧测力计b的方向以及结点O的位置不变,将弹簧测力计a沿逆时针方向缓慢转动,则弹簧测力计a、b读数的变化情况是__________(请填写选项前对应的字母)。 A.弹簧测力计a的读数先增大后减小,弹簧测力计b的读数减小B.弹簧测力计a的读数先减小后增大,弹簧测力计b的读数增大C.弹簧测力计a的读数减小,弹簧测力计b的读数先增大后减小D.弹簧测力计a的读数减小,弹簧测力计b的读数先减小后增大
【解析】(5)画出两弹簧测力计拉力的合力,如图所示;现将弹簧测力计a沿逆时针方向缓慢转动,显然弹簧测力计a的读数先减小后增大,弹簧测力计b的读数增大。
(6) 【多选】该兴趣小组通过多次实验得到多组实验数据,肯定有误的是__________。 A.F1=2.10 N,F2=1.90 N,F=2.90 NB.F1=2.10 N,F2=2.60 N,F=5.50 NC.F1=2.10 N,F2=3.80 N,F=1.10 ND.F1=2.10 N,F2=2.10 N,F=1.10 N【解析】(6)根据二力合成的合力范围|F1-F2|≤F≤F1+F2,可知A、D选项符合二力合成的规则,B、C不符合二力合成的规则,故选B、C。
角度2　创新考法【典例2】某同学用平板A和B制作了一个直角架。该同学想通过该装置,利用压力传感器和量角器来验证力的平行四边形定则,主要实验步骤如下:
(1)平板B置于水平面上,压力传感器固定在平板B上,将木块C置于压力传感器正上方,木块C紧靠平板A,如图甲所示,记录此时传感器的示数F1,此时平板A对木块C的弹力为__________; 【解析】(1)题图甲中平板B水平放置,平板A与木块C只接触不作用,所以平板A对木块C的弹力为0。
(2)以直角架连接边为转轴,抬高平板B的另一端,使平板B绕转轴逆时针旋转,如图乙所示,平板B转过的角度为60°时,记录传感器的示数F2;(3)在误差允许的范围内,比较F1和F2的大小,若F1与F2的关系为____________,即可初步验证平行四边形定则; 
【解析】(3)对木块C进行受力分析,可知平板A对木块C的弹力和平板B对木块C的弹力均与各自接触面垂直,由于木块C处于平衡状态,故这两个弹力的合力应该竖直向上,作出平行四边形如图1,根据几何关系可知合力为2F2,所以在误差允许的范围内,若F1=2F2,即两个平板对木块C的弹力的合力与木块C受到的重力大小相等,方向相反,则可初步验证平行四边形定则。
(4)重复步骤(2),多次调整平板B转动的角度,比较F1和F2的大小,多次验证;(5)在步骤(2)中,若不考虑平板B与木块C间的摩擦,通过平行四边形定则可以推出平板A对木块C的弹力__________(选填“一直变大”或“先变大后变小”)。 【解析】(5)平板B从题图甲所示位置缓慢旋转至题图乙所示位置的过程中,两板对木块C的弹力夹角不变,保持垂直,作出辅助圆,如图2,可知平板A对木块C的弹力一直变大。
类型二　动手求证—— 探真知
【典例3】(1) 【多选】在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,操作错误的是(　　)[规范操作]A.实验前,应将弹簧测力计进行校零,并把两个弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在桌面上,向相反方向拉动,检查读数是否相同,若不同,则进行调节使之相同B.实验时,弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行C.记录拉力方向时可以用铅笔贴着细线画直线表示D.为了减小实验误差,应进行多次操作且每次都应使结点拉到O点
【解析】(1)选C、D。实验前应进行校零和对拉校对,故A正确;为了减小误差,弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行,故B正确;记录拉力方向时,在细绳所在的作用线上标记适当远的两点,根据两点确定力的作用线,故C错误;结点O拉到同一位置是针对同一次实验中,并不是每次实验时结点都要拉到同一位置,故D错误。
(2)在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,下列做法合理的是(　　)[减小误差]A.拉橡皮条的细绳要长一些,且必须等长B.拉力F1和F2的夹角越大越好C.两个分力F1、F2的大小要适当小一些D.用力的图示作出两次拉力,使用同样的单位长度
【解析】(2)选D。拉橡皮条的细绳要长一些,但不需要等长,故A错误;拉力F1和F2的夹角太大,不利于画平行四边形,从而加大误差,故二者夹角要适当大些,故B错误;两个分力F1、F2的大小要适当大一些,可以减小误差。故C错误;用力的图示作出两次拉力,使用同样的单位长度,故D正确。
(3)在“互成角度的两个共点力的合成”的实验,某同学在做实验时,弹簧测力计平行于板面,如图所示放置,然后记录力的大小和方向,请你指出这样操作的错误之处:_____________________________________。 [拉细线] 【解析】(3)弹簧测力计的轴线和细线没在一条直线上。
弹簧测力计的轴线和细线没在一条直线上