2025年高考物理復(fù)習(xí)講義第二章實(shí)驗(yàn)三　探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律（含解析）

實(shí)驗(yàn)三探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律●注意事項(xiàng)1．位置不變：在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同．2．角度合適：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，其夾角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之間為宜．3．細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力的方向．4．統(tǒng)一標(biāo)度：在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些．●誤差分析1．誤差來源：除彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等．2．減小誤差的方法(1)實(shí)驗(yàn)過程中讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度盤，要按有效數(shù)字位數(shù)要求和彈簧測(cè)力計(jì)的精度正確讀數(shù)和記錄．(2)作圖時(shí)使用刻度尺，并借助三角板，一定要使表示兩力的對(duì)邊平行．考點(diǎn)教材原型實(shí)驗(yàn)典例(2023·全國(guó)乙卷)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有：木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線和圖釘若干．完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：(1)用圖釘將白紙固定在水平木板上．(2)將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上．將兩細(xì)線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測(cè)力計(jì)．用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì)，小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并________．(多選，填正確答案標(biāo)號(hào))A．用刻度尺量出橡皮條的長(zhǎng)度B．用刻度尺量出兩細(xì)線的長(zhǎng)度C．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置D．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向(3)撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì)，用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到________，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線標(biāo)記此時(shí)F的方向．(4)選擇合適標(biāo)度，由步驟(2)的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F′的大小和方向；按同一標(biāo)度在白紙上畫出力F的圖示．(5)比較F′和F的______________，從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．變式在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)按照如下步驟進(jìn)行操作：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．用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩形成結(jié)點(diǎn)，細(xì)繩的另一端系著細(xì)繩套；c．如圖甲所示，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O，記錄結(jié)點(diǎn)位置和兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)、兩根細(xì)繩的方向；d．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，畫出它們所夾的對(duì)角線F；e．只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過細(xì)繩套拉橡皮條，把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，并按同一標(biāo)度作出這個(gè)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．(1)本實(shí)驗(yàn)中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程，主要體現(xiàn)了下列哪種科學(xué)方法________．A．理想實(shí)驗(yàn)法 B．等效替代法C．控制變量法 D．建立物理模型法(2)下列操作有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是________．A．實(shí)驗(yàn)前將兩彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對(duì)拉，選擇兩個(gè)讀數(shù)相同的測(cè)力計(jì)B．拴在橡皮條上的兩條細(xì)繩必須等長(zhǎng)，并且要盡量長(zhǎng)一些C．彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行D．用兩彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮條時(shí)，兩彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)之差應(yīng)盡可能大E．在記錄力的方向時(shí)，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些(3)圖乙是該同學(xué)在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用同一標(biāo)度畫出的圖示，如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________．/高/分/技/法解決本實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)注意點(diǎn)1．本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是理解實(shí)驗(yàn)原理．由于要保證兩次操作拉力的效果相同，所以在同一次實(shí)驗(yàn)中，結(jié)點(diǎn)O的位置不能改變．2．由于要用力的圖示作圖，所以除了記錄結(jié)點(diǎn)O的位置之外，還需要記錄F1、F2的大小、方向以及F的大小和方向．3．在坐標(biāo)紙上作圖時(shí)，需根據(jù)坐標(biāo)紙大小，合理地確定標(biāo)度，盡量減小由作圖及測(cè)量帶來的誤差．考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置/原理圖創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新利用三力平衡的結(jié)論：一個(gè)力與另外兩個(gè)力的合力等大反向，驗(yàn)證這個(gè)力與另外兩個(gè)力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新(1)通過應(yīng)用定滑輪，改變拉力的方向．(2)鉤碼的總重力即為對(duì)應(yīng)細(xì)繩拉力大小實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新(1)電子秤代替彈簧測(cè)力計(jì)，可以直接讀出力的大?。?2)同一電子秤應(yīng)用于(a)、(b)、(c)三個(gè)圖中，可測(cè)得三根細(xì)線中拉力的大小實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新(1)用量角器可直接測(cè)量力的夾角．(2)由量角器上的刻度值可以保證兩繩套方向改變時(shí)兩繩套間夾角不變1．[實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新]某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”．彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M.彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置．分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向．(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N.(2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是________(填標(biāo)號(hào))．A．應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力B．彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零C．拉線方向應(yīng)與木板平面平行D．改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置(3)從OB水平開始，保持彈簧測(cè)力計(jì)A和B拉線的夾角不變，使彈簧測(cè)力計(jì)A和B順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)至彈簧測(cè)力計(jì)B豎直，則在整個(gè)過程中關(guān)于彈簧測(cè)力計(jì)A和B的讀數(shù)變化是________(填序號(hào))．A．A增大，B減小B．A減小，B增大C．A減小，B先增大后減小D．A減小，B先減小后增大2．[實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新]某實(shí)驗(yàn)小組用一只彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，固定在豎直木板上的量角器的直邊水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處，另一端系繩套1和繩套2，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：Ⅰ.彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)處，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F；Ⅱ.彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處，此時(shí)繩套1沿0°方向，繩套2沿120°方向，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1；Ⅲ.根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算繩套1的拉力F′1＝__①__；Ⅳ.比較__②__即可初步驗(yàn)證；Ⅴ.只改變繩套2的方向，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟．回答下列問題：(1)完成實(shí)驗(yàn)步驟：①____________________________；②________________________.(2)將繩套1由0°方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到60°方向，同時(shí)繩套2由120°方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到180°方向，此過程中保持橡皮筋的結(jié)點(diǎn)在O處不動(dòng)，保持繩套1和繩套2的夾角120°不變，關(guān)于繩套1的拉力大小的變化，下列結(jié)論正確的是________(填選項(xiàng)前的字母)．A．逐漸增大 B．先增大后減小C．逐漸減小 D．先減小后增大答案及解析考點(diǎn)教材原型實(shí)驗(yàn)典例(2023·全國(guó)乙卷)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有：木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線和圖釘若干．完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：(1)用圖釘將白紙固定在水平木板上．(2)將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上．將兩細(xì)線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測(cè)力計(jì)．用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì)，小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并________．(多選，填正確答案標(biāo)號(hào))A．用刻度尺量出橡皮條的長(zhǎng)度B．用刻度尺量出兩細(xì)線的長(zhǎng)度C．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置D．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向(3)撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì)，用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到________，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線標(biāo)記此時(shí)F的方向．(4)選擇合適標(biāo)度，由步驟(2)的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F′的大小和方向；按同一標(biāo)度在白紙上畫出力F的圖示．(5)比較F′和F的______________，從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．解析：(2)將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上．將兩細(xì)線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測(cè)力計(jì)．用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì)，小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，還需要用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置以及用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向．故選C、D.(3)撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì)，用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到相同位置，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線標(biāo)記此時(shí)F的方向．(5)比較F′和F的大小和方向，從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．答案：(2)CD(3)相同位置(5)大小和方向變式在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)按照如下步驟進(jìn)行操作：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．用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩形成結(jié)點(diǎn)，細(xì)繩的另一端系著細(xì)繩套；c．如圖甲所示，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O，記錄結(jié)點(diǎn)位置和兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)、兩根細(xì)繩的方向；d．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，畫出它們所夾的對(duì)角線F；e．只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過細(xì)繩套拉橡皮條，把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，并按同一標(biāo)度作出這個(gè)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．(1)本實(shí)驗(yàn)中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程，主要體現(xiàn)了下列哪種科學(xué)方法________．A．理想實(shí)驗(yàn)法 B．等效替代法C．控制變量法 D．建立物理模型法(2)下列操作有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是________．A．實(shí)驗(yàn)前將兩彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對(duì)拉，選擇兩個(gè)讀數(shù)相同的測(cè)力計(jì)B．拴在橡皮條上的兩條細(xì)繩必須等長(zhǎng)，并且要盡量長(zhǎng)一些C．彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行D．用兩彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮條時(shí)，兩彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)之差應(yīng)盡可能大E．在記錄力的方向時(shí)，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些(3)圖乙是該同學(xué)在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用同一標(biāo)度畫出的圖示，如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________．解析：(1)本實(shí)驗(yàn)中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程，都是把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置，即兩次效果相同，則體現(xiàn)的科學(xué)方法是等效替代法，B正確．(2)實(shí)驗(yàn)前將兩彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對(duì)拉，選擇兩個(gè)讀數(shù)相同的測(cè)力計(jì)，可減小實(shí)驗(yàn)誤差，A正確；拴在橡皮條上的兩條細(xì)繩不一定必須等長(zhǎng)，但是盡量長(zhǎng)一些較好，有利于減小在確定力的方向時(shí)的誤差，B錯(cuò)誤；彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行，C正確；用兩彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮條時(shí)，兩彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)之差沒必要盡可能大，D錯(cuò)誤；在記錄力的方向時(shí)，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些，有利于減小在確定力的方向時(shí)的誤差，選項(xiàng)E正確．(3)F是通過作圖的方法得到合力的理論值，而F′是通過一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)沿AO方向拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)到O點(diǎn)，使得一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力與兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力效果相同測(cè)量出的合力，故方向一定沿AO方向的是F′，由于誤差的存在F和F′方向并不完全重合．答案：(1)B(2)ACE(3)F′考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)1．[實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新]某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”．彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M.彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置．分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向．(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N.(2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是________(填標(biāo)號(hào))．A．應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力B．彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零C．拉線方向應(yīng)與木板平面平行D．改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置(3)從OB水平開始，保持彈簧測(cè)力計(jì)A和B拉線的夾角不變，使彈簧測(cè)力計(jì)A和B順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)至彈簧測(cè)力計(jì)B豎直，則在整個(gè)過程中關(guān)于彈簧測(cè)力計(jì)A和B的讀數(shù)變化是________(填序號(hào))．A．A增大，B減小B．A減小，B增大C．A減小，B先增大后減小D．A減小，B先減小后增大解析：(1)根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)的指針位置以及讀數(shù)規(guī)則可知A的示數(shù)為2.6N.(2)實(shí)驗(yàn)中要驗(yàn)證的關(guān)系是A、B兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的合力與M所受的重力等大反向，所以應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力；為減小測(cè)量誤差，彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零，拉線方向應(yīng)與木板平面平行，A、B、C正確；改變拉力進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，O點(diǎn)位置不同不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，D錯(cuò)誤．(3)對(duì)結(jié)點(diǎn)O受力分析并將力平移到一個(gè)三角形中如圖所示，根據(jù)正弦定理，eq\f(FOM,sinα)＝eq\f(FOB,sinβ)＝eq\f(FOA,sinγ)，由于FOM不變，兩根繩夾角不變，α不變，sinα也不變，所以比值為定值．β由銳角變成直角再到鈍角，sinβ先增大后減小，F(xiàn)OB也先增大后減??；γ由直角變成0，sinγ減小，所以FOA也減小，故選C.答案：(1)2.6(2)D(3)C2．[實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新]某實(shí)驗(yàn)小組用一只彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，固定在豎直木板上的量角器的直邊水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O