12实验3　探究互成角度的力的合成方法-【优化指导】2026年物理一轮复习高中总复习·第1轮（粤教版）

实验3　探究互成角度的力的合成方法 [对应学生用书P41] 一、实验器材 力的关系探究装置、三角板、刻度尺、铅笔． 二、实验操作及数据处理 1．将夹子夹在“力的关系探究装置”的“0”号射线顶端． 2．如图(a)所示，分别将弹簧测力计连接在两根细绳的末端，沿任意两条射线方向拉细绳，使汇力圆环与平板上的定位圆重合．用铅笔在平板上记下这两个拉力的大小和方向． 3．如图(b)所示，直接用一个弹簧测力计拉细绳，同样使汇力圆环与平板上的定位圆重合，用铅笔在平板上记下这个拉力的大小和方向． 　　 4．在平板上用力的图示法作出三个力，如图(c)所示，观察这三个力所构成的几何图形． 5．改变第2步中两个拉力的大小和方向，重复上述实验步骤． [对应学生用书P41] 命题点一　教材原型实验 角度1　实验操作与注意事项 1．等效：同一次实验中两次把橡皮筋拉长后的结点O位置必须保持不变． 2．拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉(与板面平行)，橡皮筋、弹簧测力计和细绳套与纸面平行，两分力F1、F2的夹角不要太大或太小． 3．记录：记下每次各力的大小和方向，标记方向的两点尽量远些． [例1] (2023·全国乙卷)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)(多选)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F1和F2的大小，并________(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F的大小，沿细线标记此时F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F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示． (5)比较F′和F的____________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则． 答案：(2)CD　(3)相同位置　(5)大小和方向 解析：(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F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向，C、D正确． (3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向． (5)比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则． 角度2　数据处理及误差分析 1．在平板上用力的图示法作出三个力，如图所示，观察这三个力所构成的几何图形． 2．误差分析 (1)实验中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和板面之间有摩擦力存在会引起系统误差． (2)两次测量拉力时，汇力圆环的位置不可能做到完全拉到同一点会造成偶然误差． [例2] (2025·广东韶关高三月考)实验小组的同学利用如图甲所示的实验装置探究“求合力的方法”实验．图中橡皮条的一端固定在水平木板上，M、N为弹簧测力计，A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳．请回答下列问题： (1)(多选)下列说法正确的是________(填正确选项前字母). A．拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行 B．两弹簧测力计系的两条细绳必须等长 C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程 D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90° (2)根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示，乙图中F1、F2、F、F′四个力，其中力________(填上述物理量所对应字母)不是由弹簧测力计直接测得的． (3)实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是________(填正确选项前字母). A．橡皮条沿同一方向伸长同一长度 B．橡皮条沿同一方向伸长 C．橡皮条伸长到同一长度 D．两个弹簧测力计拉力F1和F2的大小之和等于一个弹簧测力计拉力的大小 (4)如图丙所示是测量中弹簧测力计M的示数，读出该力大小为________N. 答案：(1)AC　(2)F　(3)A　(4)3.00 解析：(1)测量力的实验要求尽量准确，拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，A正确；实验中只要求力的作用效果相同，而两弹簧测力计系的两条细绳不必等长，B错误；为了准确地测量力的大小，故F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程，C正确；为减小测量误差，F1、F2方向间夹角要适当大些但不一定为90°，D错误． (2)由实验步骤可得，题图乙中F1、F2、F、F′四个力，F是根据平行四边形定则作图得到的，故不是由弹簧测力计直接测得的． (3)实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是橡皮条沿同一方向伸长同一长度，B、C、D错误，A正确． (4)由题图丙可知，测量中弹簧测力计M的最小刻度为0.1 N，则示数为3.00 N． 命题点二　实验的拓展与创新 常见创新实验方案 (1)分力的获得： 弹簧测力计的拉力. (2)合力的获得：弹簧测力计的拉力→力传感器． [例3] 如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究力的平行四边形定则，A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．A连接质量不计的细绳，可沿固定的圆弧形轨道移动．B固定不动，通过光滑铰链连接长为0.3 m的杆．将细绳连接在杆右端O点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作： ①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ； ②对两个传感器进行调零； ③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数； ④取下钩码，移动传感器A改变θ角，重复上述实验步骤，得到表格． F1/N 1.001 0.580 … 1.002 … F2/N －0.868 －0.291 … 0.865 … θ 30° 60° … 150° … (1)根据表格，A传感器对应的是表中力______(填“F1”或“F2”).钩码质量为________kg(g取10 m/s2，保留1位有效数字). (2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是________． A．因为事先忘记调零 B．何时调零对实验结果没有影响 C．为了消除水平杆自身重力对结果的影响 D．可以完全消除实验的误差 (3)实验中，让A传感器沿圆心为O的圆弧形(而不是其他形状)轨道移动的主要目的是________． A．方便改变A传感器的读数 B．方便改变B传感器的读数 C．保持杆右端O的位置不变 D．方便改变细绳与杆的夹角θ 答案：(1)F1　0.05　(2)C　(3)C 解析：(1)A传感器中的力均为拉力，为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时，mg＝F1sin θ 当θ＝30°时，F1＝1.001 N，可求得m≈0.05 kg. (2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，是为了消除水平杆自身重力对结果的影响，C正确． (3)让A传感器沿圆心为O的圆弧形轨道移动的过程中，传感器与O点的距离保持不变，即O点位置保持不变，A、B、D错误，C正确． [对应学生用书P43] 1．(2022·浙江6月选考)“探究求合力的方法”的实验装置如图所示，在该实验中： (1)下列说法正确的是________． A．拉着细绳套的两只弹簧测力计，稳定后读数应相同 B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点 C．测量时弹簧测力计外壳与木板之间不能存在摩擦 D．测量时，橡皮筋、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板 (2)若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验至少需要________(填“2”“3”或“4”)次把橡皮筋结点拉到O. 答案：(1)D　(2)3 解析：(1)在不超出弹簧测力计的量程和橡皮筋弹性限度的条件下，使拉力适当大些，不必使两只弹簧测力计的示数相同，A错误；在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向只需要再选择相距较远的一个点，B错误；实验中弹簧测力计外壳与木板之间是否存在摩擦不影响实验结果，C错误；为了减小实验误差，拉橡皮筋时，橡皮筋、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板，D正确． (2)若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧测力计拉住另一条细绳，互成角度的拉橡皮筋，使其结点达到某一点O，记下位置O和弹簧测力计示数F1和两个拉力的方向；交换弹簧测力计和手所拉细绳的位置，再次将结点拉至O点，使两力的方向与原来两力方向相同，并记下此时弹簧测力计的示数F2；再仅用一个弹簧测力计将结点拉至O点，并记下此时弹簧测力计的示数F的大小及方向；所以若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验至少需要3次把橡皮筋结点拉到O点． 2．(2024·海南卷)为验证两个互成角度的力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材，按照如下实验步骤完成实验： ( Ⅰ )用图钉将白纸固定在水平木板上； ( Ⅱ )如图甲、乙所示，橡皮条的一端固定在木板上的G点，另一端连接轻质小圆环，将两细线系在小圆环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置，并标记圆环的圆心位置为O点，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，大小分别为F1＝3.60 N、F2＝2.90 N；改用一个弹簧测力计拉动小圆环，使其圆心到O点，在拉力F的方向上标记P3点，拉力的大小为F＝5.60 N请完成下列问题： (1)在图乙中按照给定的标度画出F1、F2和F的图示，然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F′. (2)比较F和F′，写出可能产生误差的两点原因____________________________________． 答案：(1)见解析图　(2)没有做到弹簧测力计、细绳、橡皮条都与木板平行　读数时没有正视弹簧测力计 解析：(1)按照给定的标度画出F1、F2和F的图示，然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F′，如图所示． (2)F和F′不完全重合的误差可能是：①没有做到弹簧测力计、细绳、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力计． [课后跟踪训练(12)见P389] 学科网（北京）股份有限公司 $$