2024高考物理一輪復習第二章相互作用實驗3探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律學案新人教版

PAGEPAGE5試驗3探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律eq\a\vs4\al(一、試驗目的)（1）探究兩個互成角度的力的合成遵循平行四邊形定則.（2）理解等效替代思想的應用.eq\a\vs4\al(二、試驗原理)互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F′產(chǎn)生相同的效果，看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F′在試驗誤差允許范圍內(nèi)是否相同.eq\a\vs4\al(三、試驗器材)木板、白紙、彈簧測力計（兩個）、橡皮筋、細繩套（兩個）、三角板、刻度尺、圖釘（幾個）.eq\a\vs4\al(四、試驗步驟)（1）用圖釘把白紙釘在水平桌面上的木板上.（2）用圖釘把橡皮筋的一端固定在木板上的A點，橡皮筋的另一端拴上兩個細繩套.（3）用兩個彈簧測力計a、b分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋與繩的結(jié)點伸長到某一位置O，如圖所示.記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩的方向.（4）只用一個彈簧測力計c通過細繩套把橡皮筋的結(jié)點拉到同樣的位置O，登記彈簧測力計的讀數(shù)和細繩套的方向.（5）變更兩彈簧測力計拉力的大小和方向，再重做試驗兩次.eq\a\vs4\al(五、數(shù)據(jù)處理)（1）用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出a、b這兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示.（2）用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出試驗步驟4中彈簧測力計c的拉力F′的圖示.（3）比較F與F′是否完全重合或幾乎重合，從而驗證平行四邊形定則.eq\a\vs4\al(六、誤差分析)（1）系統(tǒng)誤差：彈簧測力計本身不夠精確造成的誤差，為此要選擇比較精確的彈簧測力計.（2）偶然誤差：彈簧測力計讀數(shù)和作圖造成偶然誤差，須要多做幾次試驗，并且使兩分力F1、F2的夾角適當大些.（3）減小誤差的方法.①試驗過程中讀數(shù)時視線要垂直彈簧測力計的刻度，要按有效數(shù)字和彈簧測力計的精度正確讀數(shù)和記錄.②作圖時用刻度尺借助于三角板，使表示兩力的對邊肯定要平行.eq\a\vs4\al(七、留意事項)（1）運用彈簧測力計前，要先調(diào)整指針使其指在零刻度處；再將兩只彈簧測力計的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉，假如兩個示數(shù)相同方可運用.（2）試驗中的兩個細繩套不要太短.（3）在同一次試驗中，橡皮筋拉長時結(jié)點到達的位置肯定要相同.（4）用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮筋時，夾角不宜太大也不宜太小.（5）在用力拉彈簧測力計時，拉力應沿彈簧測力計的軸線方向.彈簧測力計中彈簧軸線、橡皮筋、細繩套應當位于與紙面平行的同一平面內(nèi).（6）畫力的圖示選定的標度要相同，要恰當選定標度，使力的圖示稍大一些.考點一試驗原理與操作eq\a\vs4\al(典例)某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的試驗狀況如圖甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結(jié)點，OB和OC為細繩.圖乙是在白紙上依據(jù)試驗結(jié)果畫出的圖.圖甲圖乙（1）假如沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向肯定沿AO方向的是.（2）本試驗采納的科學方法是.A.志向試驗法 B.等效替代法C.限制變量法 D.建立物理模型法（3）試驗時，主要的步驟是：A.在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上B.用圖釘把橡皮筋的一端固定在板上的A點，在橡皮筋的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端系著繩套C.用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長，結(jié)點到達某一位置O，記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)D.按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力FE.只用一個彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮筋使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，登記細繩的方向，按同一標度作出這個力F′的圖示F.比較F′和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論上述步驟中：①有重要遺漏的步驟的序號是和；②遺漏的內(nèi)容分別是___________________________________________________________________________________________________________________.解析：（1）由一個彈簧測力計拉橡皮筋至O點的拉力肯定沿AO方向；而依據(jù)平行四邊形定則作圖出的合力，由于誤差的存在不肯定沿AO方向，故肯定沿AO方向的是F′.（2）一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同，它們的作用效果可以等效替代，故B正確.（3）①據(jù)“平行四邊形定則試驗”操作規(guī)程可知，有重要遺漏的步驟的序號是C、E.②在C中未登記兩細繩的方向；在E中未說明是否把橡皮筋的結(jié)點拉至同一點O.答案：（1）F′（2）B（3）①CE②C中應加上“登記兩條細繩的方向”，E中應說明“把橡皮筋的結(jié)點拉到同一位置O”試驗操作中的三點體會1.由于要保證兩次操作拉力的效果相同，所以在同一次試驗中，結(jié)點O的位置不能變更.2.由于要用力的圖示作圖，所以除了記錄結(jié)點O的位置之外，還須要記錄F1，F(xiàn)2的大小、方向以及F3的大小和方向.3.在坐標紙上作圖時，需依據(jù)坐標紙大小，合理的確定標度，盡量減小由作圖及測量帶來的誤差.考點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析eq\a\vs4\al(典例)（2024·全國卷Ⅲ）某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”試驗，將畫有坐標軸（橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm）的紙貼在桌面上，如圖（a）所示.將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點（位于圖示部分之外），另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長.（1）用一個測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O.此時拉力F的大小可由測力計讀出.測力計的示數(shù)如圖（b）所示，F(xiàn)的大小為N.（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A點，現(xiàn)運用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點.此時視察到兩個拉力分別沿圖（a）中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1＝4.2N和F2＝5.6N.①用5mm長度的線段表示1N的力，以O為作用點，在圖（a）中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合；圖（a）圖（b）②F合的大小為N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為.若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在試驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該試驗驗證了力的平行四邊形定則.解析：（1）由題給測力計示數(shù)可知，讀數(shù)為4.0N.（2）①利用平行四邊形定則作圖，如圖所示.②由圖可知F合＝4.0N，從F合的頂點向x軸和y軸分別作垂線，頂點的橫坐標對應長度為1mm，頂點的縱坐標長度為20mm，則可得出F合與拉力F的夾角的正切值為0.05.答案：（1）4.0（2）①圖見解析②4.00.05數(shù)據(jù)處理時的三點說明1.F1和F2的大小要依據(jù)標度畫出.2.應用平行四邊形定則求合力F合時，F(xiàn)合的大小要依據(jù)標度和對角線的長度計算得出.3.由于在測量及作圖過程中不行避開地存在誤差，所以只要合力F合與拉力F在誤差允許范圍內(nèi)相等，即可驗證平行四邊形定則.考點三創(chuàng)新試驗1.試驗器材的變更如圖2.分力和合力的變更（1）分力的獲得：彈簧測力計的拉力→鉤碼的重力.（2）合力的獲得：彈簧測力計的拉力→重物的重力→鉤碼的重力.eq\a\vs4\al(典例)某同學在“探究彈力和彈簧伸長的關系”的試驗中，測得圖中彈簧OC的勁度系數(shù)為500N/m.如圖1所示，用彈簧OC和彈簧測力計a、b做“探究求合力的方法”試驗.在保持彈簧伸長1.00cm不變的條件下，圖1圖2（1）若彈簧測力計a、b間夾角為90°，彈簧測力計a的讀數(shù)是N （如圖2所示），則彈簧測力計b的讀數(shù)可能為N.（2）若彈簧測力計a、b間夾角大于90°，保持彈簧測力計a與彈簧OC的夾角不變，減小彈簧測力計b與彈簧OC的夾角，則彈簧測力計a的讀數(shù)、彈簧測力計b的讀數(shù)（均選填“變大”“變小”或“不變”）.解析：（1）依據(jù)胡克定律，彈簧OC伸長1.00cm時彈簧的彈力Fc＝kΔx＝500×1.00×10－2N＝5.00N；由圖2可知彈簧秤a的讀數(shù)Fa＝3.00N，依據(jù)勾股定理，F(xiàn)eq\o\al(2,a)＋Feq\o\al(2,b)＝Feq\o\al(2,c)，解得Fb＝4.00N.（2）變更彈簧秤b與OC的夾角時，由于保持彈簧伸長1.00cm不變，因而Fa與Fb的合力F保持不變，依據(jù)平行四邊形定則，F(xiàn)a、Fb合成的平行四邊形如圖所示（?OAC′B），當彈簧秤b與OC的夾角變小時