实验3：探究两个互成角度的力的合成规律--【实验攻略】备战2024年高考物理必考实验讲练

实验3：探究两个互成角度的力的合成规律 类型 角度 考查要素 考查内容 教材实验：探究小车速度随时间变化的规律 力的合成与分解(5年3考) 数据处理 实验操作注意事项；实验方案设计；实验操作步骤 总结: (1) 类型角度：常使用两个弹簧测力计互成角度地去拉橡皮筋，探究力的合成规律，也可以利用一个弹餐测力计拉两次橡皮筋去探究力的合成规律； (2) 设问特点：对于证据通过分析实验设计方案的可行性，以及实验操作的注意事项和操作步骤进行考查。 考点1 基本实验要求 1、 实验目的 1. 探究两个胡成角度的力的合成规律； 2. 理解等效替代思想的应用 2、 实验原理 成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看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. 3、 实验器材 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺. 四、实验步骤 1. 用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上. 2. 用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如图甲所示. 3. 用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F. 4. 只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向，如图乙所示. 5. 比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同. 考点2 数据处理及误差分析 一、正确使用弹簧测力计 1. 将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止. 2. 使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围. 3. 被测力的方向应与轴线方向一致. 4. 读数时应正对、平视刻度. 二、注意事项 1. 位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用效果相同，这是利用了等效替代的思想. 2. 角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜. 3. 在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向. 4. 统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些. 三、误差分析 (1)误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等. (2)减小误差的办法： ①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求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，并借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行. 考点3 实验创新与改进 以本实验为背景,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. 一、考查对实验原理的理解、实验方法的迁移 二、实验器材改进的两种方法 1. 橡皮筋替代弹簧测力计 2. 钩码替代弹簧测力计 A. 高考真题感知 1．（2023·全国·统考高考真题）在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤： ①用图钉将白纸固定在水平木板上。 ②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力和的大小，并 。（多选，填正确答案标号） A．用刻度尺量出橡皮条的长度 B．用刻度尺量出两细线的长度 C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置 D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向 ③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到 ，由测力计的示数得到拉力的大小，沿细线标记此时的方向。 ④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作和的合成图，得出合力的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力的图示。 ⑤比较和的 ，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 2．（2022·浙江·统考高考真题）（1）①“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图1所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为 cm。由图3中小车运动的数据点，求得加速度为 m/s2（保留两位有效数字）。 ②利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是 。 A．换成质量更小的小车