第3章 4.第1课时 合力和分力实验：探究两个互成角度的力的合成规律-【成才之路•学案】2025-2026学年高中物理必修第一册同步新课程学习指导(人教版)

096 素养能力提升拓展整合·启智培优 转换研究对象法的使用 求解某个力的大小和方向时，一般情况下选取该力的受力物体进行分析，但有些情况不便于直 接求解该力，可先通过转换研究对象，求解其反作用力的大小和方向，进而应用牛顿第三定律求得 该力的大小和方向。 例7：（多选）木箱重G,人重G2,人站在木箱里用力F向上推木箱，如图所示，则有 A.人对木箱底的压力大小为G2+ 一人对木箱向上的推力为「，由牛顿第 B.人对木箱底的压力大小为G, 三定律可知，木箱对人向下的推力为F,以 C,木箱对地面的压力大小为G,+G-F人为研究对象可以求出木箱对人的支持力， D.木箱对地面的压力大小为G1+G2 由牛顿第三定律可以求出人对木箱的压力 以人和木箱整体为研究对象可以求出地面对木箱的支持力，从而求出木箱对地面的压力 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[19] 4.力的合成和分解 第1课时 合力和分力 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 (1)知道什么是共点力。 物理观念 (2)知道合力和分力的概念，合力与分力是等效替代关系。 (1)合力和分力。 (2)探究两个互成角 (3)知道什么是力的合成。 度的力的合成规 会选择实验器材用作图法探究两个互成角度的力的合成 律的实验操作和 科学思维 规律。 数据处理。 [提示] 一个成年人或两个孩 探究点1合力和分力力的合成和分解 子均能提起相同质量 。新知导学 的一桶水，由于桶和水 的重力相同，该成年人 情境：如图所示，一个成年人或两个孩子均能提起 用的力与两个孩子共 相同质量的一桶水。 同作用的力作用效果 探究：该成年人用的力与两个孩子用的力的作用 相同，二者能等效替 效果是否相同？二者能否等效替代？ [提示] 换。 097 ●基础梳理 1.共点力 几个力如果都作用在物体的 ,或者它们的作用线 这 几个力叫作共点力。 2.合力与分力 [思考] 假设一个力单独作用的 跟某几个力共同作用的 相同， 合力与分力同时作用 这个力就叫作那几个力的 ,这几个力就叫作那个力的 在物体上吗？ 0 3.合力与分力的关系 等效性效果相同 相互替代关系 合力与分力 同体性 同一物体 受力物体相同 处于平衡状态 分力变 提示：合力与分力是 鲜时性 合力变 瞬时对应关系 等效替代关系，不同 时作用在物体上。 >[思考] 4.力的合成和分解 (1)力的合成：由 力求合力的过程。 (2)力的分解：由 力求 力的过程。 》特别提醒 (1)共点力的交点不一定在物体上，但在画物体的受力图时，一般把共点力的 作用点平移到物体重心所在的位置。 (2)力的合成结果是唯一的。 (3)只有同一物体所受的力才可以合成。 (4)不同性质的力也可以合成。 [判断正误] (1)只有两个力才能求合力。 () (2)合力和分力是从力的作用效果上来说的。 (3)作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，这两个力一定是共点 力。 (4)作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用点不在同一点上，则这几个 力可能是共点力。 ) (5)作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用线可以汇交于一点，则这几 个力是共点力。 例1：（多选）关于F,、F2及它们的合力F,下列说法正确的是 A.F单独作用时一定与F,、F,共同作用时产生的效果相同 B.F、F2一定是同种性质的力 C.F、F2一定是同一个物体受到的力 D.F1、F2与F是物体同时受到的三个力 098 探究点2实验：探究两个互成角度的力的合成规律 实验要点梳理 一系统学习·落实新知 ●实验原理 1.把橡皮条的一端固定，另一端挂上一个轻质小圆环。 (1)用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环至某点O,小圆环受到拉 力F、F2的共同作用，处于O点； (2)撤去F,、F,改用一个力F单独拉住小圆环，仍使它处于 点。 2.由于力F单独作用，与F,、F,共同作用的 相同，即使小圆环 两次都处于 点，使橡皮条两次都伸长到同一位置，所以F等于F、F, 的 3.画出F、F1和F2三个力的图示，猜测、验证三者的关系。 日实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计（两个）、橡皮条、轻质小圆环、三角板、刻度尺、 图钉（若干）。 目实验步骤 1.装置安装：在方木板上用图 钉固定一张白纸，如图甲所示，轻质 [拓展] 小圆环挂在橡皮条的一端，在小圆 F F 若只有一只弹簧测力 环上系上两个细绳套，另一端固定， 0 计，为完成此实验，需 橡皮条的原长为GE。 要几次把橡皮条结点 2.两个弹簧测力计的使用：如 G 图乙所示，用手通过两个弹簧测力 G G 拉到0点？ 77117 77177 计互成角度地共同拉动小圆环，使 乙 提示：若只有一只弹 簧测力计，需要2次将 小圆环处于0点，橡皮条伸长的长度为OE。用铅笔描下O点位置、细绳套的 橡皮条结点拉到O ,并记录 点，分别测出两个分 3.一个弹簧测力计的使用：如图丙所示，改用一个弹簧测力计单独拉住 力的大小，然后再将 小圆环，仍使小圆环处于0点，记下弹簧测力计的 和细绳套的 橡皮条结点拉到O点 测出合力大小，所以 4.观察图形：如图丁所示，由纸上0点出发，用力的图示法画出拉力F、 至少需要3次将橡皮 F,和F。用虚线把拉力F的箭头分别与F,、F,的箭头连接，能看到所围成的 条结点拉到O点。 形状像是一个 5.重复实验：用作图工具进行检验，并改变拉力F和F,的大小和方向， 重复实验，检验所围成的图形是不是平行四边形。 [拓展] 四误差分析 产生原因 减小方法 读数 正视、平视弹簧测力计刻度 偶然误差 (1)两分力夹角在60°~120°之间 作图 (2)弹簧测力计读数尽量大 099 五注意事项 1.正确使用弹簧测力计 (1)测量前应首先检查弹簧测力计的零点是否准确，注意使用中不要超 过其量程。 (2)实验时，弹簧测力计必须保持与木板 ,且拉力应沿轴线方 向。弹簧测力计的指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生 摩擦。 (3)读数时应正视、平视刻度，估读到最小刻度的下一位。 2.规范实验操作 (1)位置不变：在同一次实验中，将橡皮条拉长时结点的位置一定要 相同。 (2)角度合适：两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小，也不宜 太大。 (3)在不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，测量数 据应尽量大一些。 (4)细绳套适当长一些，便于确定力的方向。不要直接沿细绳套方向画 直线，应在细绳套两端画投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向。 3.规范作图：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。 经典题型剖析—教材实验·及时巩固 类型一：实验原理和实验操作 例2：(2025·广东潮州高一月考)某同学做“验证力的平行四边形定 则”的实验情况如图甲所示，其中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。图乙是在白纸上根据实验 结果画出的图。 (1)如果没有操作失误，图乙中的F与F'两力中，方向一定沿AO 方向的是 (2)本实验采用的科学方法是 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 (3)实验时，主要的步骤是： A.在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上； B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另 一端系着绳套； C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一 位置O。记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数： D.按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F,和F,的图示，并用平行 四边形定则求出合力F; E.只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细 绳的方向，按同一标度作出这个力F'的图示； F.比较F'和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。 上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是 ②遗漏的内容分别是 和 100 类型二：实验数据处理 例3：某同学用如图甲所示的装置探究两个互成角度的力的合成规律。将一木板（图中未画出）竖 直放置与铁架台和轻弹簧所在平面平行。其部分实验操作如下，请完成下列相关内容： 单位：N 甲 (1)如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O: (2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到 ,记录 细绳套A0、B0的 及两弹簧测力计相应的读数。图乙中B弹簧测力计的读数为 N; (3)该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力F、F.的大小和方向如图丙所示，请在图丙中 作出FA、F的合力F'; (4)已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F',得出结论： 创新实验提升—方法迁移·细研深究 例4：某学生实验小组设计了一个验证力的平行四边 1.0y A B 形定则的实验，装置如图甲所示，在竖直放置的 ⊙入 力传感器1、 力传感器2 1F,=2.92N 木板上部附近两侧，固定两个力传感器，同一高 F=1.81N 度放置两个可以移动的定滑轮，两根细绳跨过定 滑轮分别与两力传感器连接，在两细绳连接的结 白纸 木板 点0下方悬挂钩码，力传感器1、2的示数分别为 G=3.92N 甲 F,、F2,调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳 乙 间的夹角。实验中使用若干相同的钩码，每个钩码质量均为100g,取g=9.8m/s2。 (1)关于实验，下列说法正确的是 A.实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内 B.每次实验都必须保证结点位于O点 C.实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三根细绳的方向 D.实验时还需要用一个力传感器单独测量悬挂于O点钩码的总重力 (2)根据某次实验得到的数据，该同学已经按照力的图示的要求画出了F,、F2,如图乙所示，请 你作图得到F,、F2的合力F(只作图，不求大小)，并写出该合力不完全竖直的一种可能 原因。 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[20]C项正确。 说明把橡皮条的结点拉到位置O。①有重要遗漏的步骤的序 号是CE;②遗漏的内容分别是记下两条细绳的方向和把橡皮 条的结点拉到同一位置O。 例3：(2)同一位置0方向11.40 (3)如图所示 甲 素养能力提升 例7：AD对人隔离受力分析有：竖直向下的重力G2、向下的作 用力F、向上的支持力F,可得F、=G2+F,根据牛顿第三定 律，人对木箱底的压力大小为G2+F,选项A正确，B错误；将 人与木箱看成一个整体，可得木箱对地面的压力大小为G,+ G,选项C错误，D正确。 4.力的合成和分解 (4)在误差范围内，力的合成满足平行四边形定则 解析：(2)用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置的O点； 第1课时合力和分力实验：探究两个 记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧测力计相应的读数。由 互成角度的力的合成规律 图乙中B所示弹簧测力计可知，其分度值为0.1N,读数为 11.40N。 探究点1合力和分力力的合成和分解 (3)根据两力的图示，应用平行四边形定则作出合力F'如答 基础梳理 案图所示。 1.同一点相交于一点2.效果效果合力分力 (4)若已知钩码的重力大小与理论合力F'的大小相等，请观 4.分合 分 察比较可得出二力合成点的规律是：在误差允许的范围内，二 判断正误 力合成满足平行四边形定则。 (1)×(2)V(3)×(4)V(5)V 例1：AC只有同一个物体受到的力才能合成，分别作用在不同 创新实验提升 物体上的力不能合成。合力是对原来几个分力的等效替代， 例4：(1)AC(2)见解析 两分力可以是不同性质的力，分析物体的受力时，合力与分力 解析：(1)实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内， 以保证钩码重力大小等于细绳中的拉力合力大小，选项A正 不能同时存在。所以选项A、C正确。 探究点2实验：探究两个互成角度的力的合成规律 确；该装置每次实验不需要保证结点位于O点，选项B错误； 实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三根细绳的 实验要点梳理 方向，选项C正确；悬挂于0点钩码的总重力可以根据钩码 实验原理 的质量得出，不需要力传感器测量，选项D错误。 1.02.效果0合力 (2)利用平行四边形定则作出F和F,的合力F,如图所示。 实验步骤 该合力方向不完全在竖直方向的原因可能是定滑轮有摩擦、 2.方向两弹簧测力计的读数3.读数方向4.平行四边形 木板未竖直放置等。 注意事项 1.0N 1.平行 经典题型剖析 F=2.92N 例2：(1)F'(2)B(3)①CE②记下两条细绳的方向把橡 F=1.81N 皮条的结点拉到同一位置O 解析：(I)F是通过作图的方法得到合力的理论值，而F是通 过一个弹簧测力计沿A0方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O 点，使得一个弹簧测力计的拉力与两个弹簧测力计的拉力效 NG=3.92N 果相同，测量出的合力。故方向一定沿A0方向的是F”。 第2课时力的合成和分解 (2)合力拉与分力同时拉，O点被拉到同一位置，作用效果相 同，是等效替代的关系，所以本实验采用的等效替代法。故 探究点1力的合成 选B。 基础梳理 (3)本实验为了验证力的平行四边形定则，采用的方法是作1.平行四边形定则 邻边对角线第三个力所有的力 力的图示法，作出合力的理论值和实际值，然后进行比较，得2.平行四边形定则三角形定则算术法则 出结果。所以，实验时，除记录弹簧测力计的示数外，还要记3.首尾相接相同 下两条细绳的方向，以便确定两个拉力的方向，这样才能作出判断正误 拉力的图示。步骤C中未记下两条细绳的方向：步骤E中未(1)V(2)×(3)√(4)× 269