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1、高一物理多维度导学与分层专练专题13 探究两个互成角度的力的合成规律导练目标导练内容目标1教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理目标2新高考的改进创新实验【知识导学与典例导练】一、 教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理1.实验目的：探究两个互成角度的力的合成规律。2.实验器材：木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、小圆环、三角板、刻度尺、图钉(几个)。3.实验原理：等效思想：使一个力F的作用效果和两个力F1和F2的作用效果相同，就是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同，所以F为F1和F2的合力，作出力F的图示，再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图
2、示，比较F、F在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。4.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a、b这两只弹簧测力计的拉力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点按同样的标度沿记录的方向作出一个弹簧测力计c的拉力F的图示。（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。5.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、
3、F2的夹角适当大些。6.注意事项：（1）使用弹簧测力计前,要先调整指针使其指在零刻度处;再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如果两个示数相同方可使用。（2）实验中的两个细绳套不要太短。（3）在同一次实验中,橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。（4）用两只弹簧测力计互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小。（5）在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。（6）画力的图示选定的标度要相同,要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。【例1】某同学用图甲所示装置做“探究求合力的方法”实验。其中A为固定橡皮筋的图钉
4、，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。（1）要减小实验误差，下列措施可行的是( )A两个分力的大小要适当大些B两个分力间的夹角要尽量大些C拉橡皮筋的细绳要细些且要稍短一些D标记细绳方向的点要尽量离结点近些（2）若实验中弹簧测力计的量程均为5N，某次实验用两个弹簧测力计拉橡皮筋时，两个绳套间的夹角为60，两弹簧测力计的示数恰好均如图乙所示，弹簧测力计的示数为_N，你认为这次操作_（填“合适”或“不合适”），原因是_（3）某次实验的结果如图丙所示，这次实验刚好垂直，若在图丙所示的实验结果中，保持结点的位置的方向不变，将两个分力的夹角增大，则_（填“变大”“变小”或“不变”），_（填“变大”“
5、变小”或“不变”）。【答案】 A 3.6 不合适 两个分力的合力大于弹簧测力计的量程，当用一个弹簧测力计拉橡皮筋时将无法操作 变大 不变【详解】（1）1A为了减小读数误差，应让两力适当大些，故A正确；B两个分力、间的夹角不宜过大或过小，那样作图不方便，容易产生误差，故B项错误；CD为了准确记下拉力的方向，故采用两点描线时两点应尽量距离大一些，细绳应长些，故CD错误。故选A。（2）2弹簧测力计的示数为3.6N。3这次操作不合适。4因为当与大小都为3.6N且夹角为60时，两个力的合力大小为即F超过了弹簧测力计的量程，当用一个弹簧测力计拉橡皮筋时将无法操作。（3）56结点的位置不变，合力不变，即不变
6、，方向不变，增大两个分力夹角由图示可知，均增大。二、 新高考的改进创新实验1.实验方案的创新【例2】某实验小组利用如图所示的实验器材验证力的平行四边形定则。在圆形水平桌面上平铺固定一张白纸，在桌子边缘安装三个不计摩擦的滑轮，其中滑轮P1固定在桌边，滑轮P2、P3可沿桌边移动。将三根绳子系在同一点O，每根绳子的另一端各挂一定数量的砝码（每个砝码的质量均为m），当系统达到平衡时，记录每根绳上的砝码数量便可得出三根绳子的拉力大小，按照正确步骤进行操作，完成实验。回答下列问题：（1）下列说法正确的是_A必须以OP2、OP3绳的拉力为相邻边作平行四边形B若三根绳互成120角，则三根绳所挂钩码数量相等C以
7、OP2、OP3绳的拉力作平行四边形，所夹对角线（合力理论值）大小与OP1拉力大小相同，则验证了力的平行四边形定则D三根绳可以用橡皮筋代替（2）实验时，若O点的位置不在圆桌中心_（填“会”或“不会”）影响实验结论。（3）若三个滑轮不在同一水平面上，且高度偏差较大_（填“能”或“不能”）在白纸上准确记录力的大小和方向。【答案】 BD 不会 能【详解】（1）1A作用在O点的三个力分别为OP1、OP2、OP3三根绳子中的拉力，由三力平衡可知，实验中应根据平行四边形定则任意合成两根绳子中的拉力，如果两根绳子拉力的合力与第三根绳子中的拉力等大、反向、共线，那么就验证了力的平行四边形定则。故任意选取两根绳的
8、拉力为相邻边作平行四边形即可，A错误；B由平行四边形定则可知，若三根绳互成120角，则其中两根绳中拉力的合力在它们夹角角平分线方向，则两根绳中拉力大小相等，又因为两个等大分力夹角120时合力与两分力相等，故三根绳子中的拉力相等，即三根绳所挂钩码数量相等，B正确；C以OP2、OP3绳的拉力作平行四边形，所夹对角线（合力理论值）大小与OP1拉力大小相同，方向OP1拉力方向相反，则验证了力的平行四边形定则。仅合力理论值大小与OP1拉力大小相同，无法验证平行四边形定则成立，C错误；D三根绳用橡皮筋代替不会影响拉力方向、大小的记录，故三根绳可以用橡皮筋代替，D正确。故选BD。（2）2本实验需要通过三力平
9、衡验证力的平行四边形定则，每次平衡后，取下沙桶前记录好节点与力的方向即可，因此改变滑轮的位置和相应沙桶中沙的质量，使系统再次达到平衡，绳的结点O的位置不必保持不变。即O点的位置不在圆桌中心不会影响实验结论。（3）3三个滑轮不在同一水平面上，则三个力所在的平面与桌面不共面，在桌面上记录细线方向时记录的是三个力在水平桌面上投影的方向，由几何关系可知，三个力投影的夹角与三个拉力的夹角相同，故三个滑轮不在同一水平面上，不会影响拉力方向的记录，也能在白纸上准确记录力的大小和方向；2.实验器材的创新【例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盘边缘移
10、动的拉力传感器A、B，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点O，并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心在O点挂上重G2.00 N的钩码，记录两传感器A、B的示数F1、F2及轻绳与竖直方向的夹角1、2，用力的图示法即可验证力的平行四边形定则(1)当F11.00 N、F21.50 N，145、230时，请在图乙中用力的图示法作图_，画出两绳拉力的合力F，并求出合力F_N(结果保留三位有效数字)(2)该组同学在实验中，将传感器A固定在某位置后，再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转，得到了一系列B传感器的示数F2和对应的角度2，作出了如图丙所示的F2-2图象，由图丙可知A传感器所处
11、位置的角度1_【答案】 2.01(1.972.05) 60【详解】（1）F1、F2的图示及力的合成图如图所示，根据比例关系可知合力大小为2.01N（2）根据丙图可知，当2时，F2=2.0N；F1、F2的合力仍为重力G=2N，根据平衡条件则有：F1cos1+F2cos60=G，F1sin1=F2sin60，解得：F1=2N，1=60【多维度分层专练】1“探究求合力的方法”实验。（1）本实验采用的主要科学方法是_。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（2）实验桌上已有的器材如图所示，为完成该实验还需要的器材是_。A一根橡皮筋B两个钩码 C三角板一套D天平（3）老师拍摄同学们实验操作
12、时的照片如图所示，则操作正确的是_。ABCD（4）规范操作后，请读出图中弹簧测力计的读数为_N。（5）实验操作完成后作出_（选填“力的示意图”或“力的图示”）来探究合力与分力的关系。【答案】 B C C 1.70 力的图示【详解】(1)1合力与分力是作用效果相同的关系，所以实验用的等效替代法，故ACD错误，B正确。故选B；(2)2除了实验桌上已有的器材，在做力的图示时，还需要一套三角板，故C正确，ABD错误。故选C；(3)3A图中夹角和拉力较大，白纸的可利用部分较少，用作图法求的合力误差会比较大，故A错误；B图中弹簧测力计与白纸不平行，故B错误；CDD图中弹簧测力计和绳不在一条直线上，误差较大
13、，C中弹簧测力计与白纸平行，拉力和角度适中，故C正确，D错误。故选C；(4)4指针指在刻度1.7，测力计需要估读，则读数为1.70N；(5)5探究求合力实验，是用作图法寻找合力与分力的关系，要求力的大小和方向准确，所以用力的图示法。2某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为05 N的弹簧测力计两个，橡皮条（带两个较长的细绳套），刻度尺，图钉（若干个）。（1）如图1所示的弹簧测力计的示数为_N；（2）具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是_（填选项前的字母）A橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力要适当大些B再次进行验证时，结
14、点O的位置必须保持相同C使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D拉橡皮条的细绳要长一些，标记同一细绳方向的两点要远一些（3）该小组的同学用如图2所示的同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图3所示，其中对于提高实验精度最有利的是_（填选项字母）【答案】 3.00 ACD B【详解】（1）1由图可以读出此时弹簧测力计的示数为3.00N；（2）2A合力与分力的关系为等效替代的关系，效果是相同的，所以在同一次实验时，需要让两个力拉橡皮条和一个力拉橡皮条产生的作用效果相同，则结点O的位置一定要相同，同时拉力要适当大一些，可以有效减小误差，A正确；B在重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同，选项B错误；C使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，可以减小因摩擦产生的误差，读数时视线应正对测力计刻度，可以减小偶然误差，C正确；D拉橡皮条的细绳要长一些，标记同一细绳方向的两点要远一
