第2章 实验3 探究两个互成角度的力的合成规律(Word学案)-【高考快车道】2026年高考物理大一轮总复习

该高中物理高考复习学案系统覆盖“探究两个互成角度的力的合成规律”实验专题，从实验原理、器材步骤到数据处理、注意事项构建完整知识体系，结合教材原型实验与创新拓展实验考点，通过问题链和任务驱动引导学生自主梳理，形成层次分明的实验认知框架。 亮点在于实验操作与科学探究深度融合，设置“尝试解答”典例分析和误差归因等活动，培养学生科学思维与科学探究素养。每个考点配有数据处理步骤和创新实验设计案例，支持学生自主诊断实验误差、提升操作能力，教师可依据学情精准指导，助力因材施教。

实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 一、实验原理 　如图所示，分别用一个力F、互成角度的两个力F1、F2，使同一条一端固定的橡皮条伸长到　　　　，即伸长量相同，根据合力的定义，F为F1和F2的　　　　，作出力F及F1、F2的图示，分析F、F1和F2的关系。 二、实验器材 　方木板，白纸，弹簧测力计（两个），　　　　，小圆环，细绳套（两个），三角板，　　　　　，图钉（若干），　　　　。 三、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，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的原长为GE。 2.两力拉：如图乙，在小圆环上系上两个细绳套，用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆环，小圆环处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。用铅笔描下　　　　　、　　　　　　　　，并记录两弹簧测力计的　　　　　　　　。 3.一力拉：如图丙，改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，仍使它处于　　　　，记下细绳套的方向和弹簧测力计的　　　　。 4.重复实验：改变拉力F1和F2的大小和方向，重复做几次实验。 四、数据处理 1.用铅笔和刻度尺从点O沿　　　　　　的方向画直线，按选定的标度作出F1、F2和F的图示。 2.以F1和F2为邻边用刻度尺作　　　　　　　　，过O点画平行四边形的对角线，此对角线代表的力记为F'，如图丁。 3.分析多次实验得到的多组数据，比较F与F'在误差允许的范围内是否完全　　　　　　　， 从而总结出两个互成角度的力的合成规律：　　　　　　定则。 五、注意事项 1.示数相同：使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在　　　　　　，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使它指在零刻度处，再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，两个测力计的示数　　　　方可使用。 2.位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时小圆环的位置一定要　　　　。 3.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°～120°之间为宜。 4.尽量减少误差：在合力不超出弹簧测力计的量程及在橡皮条弹性限度内，形变应尽量　　　　；细绳套应适当　　　　，便于确定力的方向。 5.统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要　　　　，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。 考点一　教材原型实验 某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉所在位置，O为橡皮条与细绳的结点，OB与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　　　（填选项前字母）。 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，细绳的另一端各系上绳套； 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个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，以表示F1、F2的线段为邻边作平行四边形，并以这两个邻边之间的对角线表示力F； E.只用一个弹簧测力计，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F'的图示； F.进行多组实验。比较F'和F的大小和方向，得出结论。 上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是　　　和　　　　； ②遗漏的内容分别是　　　　　　和　　　　　　　。 尝试解答 [2024·海南高考14（2）题]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： ①　　　　　　　； ②　　　　　　　。 尝试解答 考点二　创新拓展实验 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　　　（选填“F1”或“F2”）。钩码质量为　　　kg（g取10 m/s2，结果保留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 尝试解答 创新分析 1.实验器材创新：用双向力传感器代替弹簧测力计，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。 2.实验原理创新：保持杆在水平方向，杆的弹力可以是拉力，也可以是压力。 某同学用两根完全相同的轻弹簧和一瓶矿泉水等器材验证“力的平行四边形定则”。实验时，先将一弹簧一端固定在墙上的钉子A上，另一端挂矿泉水瓶，如图甲所示；然后将两弹簧一端分别固定在墙上的钉子A、B上，另一端连接于结点O，在结点O挂矿泉水瓶，静止时用智能手机的测角功能分别测出AO、BO与竖直方向的偏角α、β，如图乙所示。改变钉子B的位置，按照上述方法多测几次。 （1）依据上述方案并根据力的平行四边形定则，为画出力的合成图，必须的操作是　　　　　　 （选填选项前的字母）。 A.实验中要使AO、BO长度相同 B.要测量弹簧的原长 C.要测量图甲、乙中弹簧的长度 D.实验中要使结点O的位置始终固定不变 （2）根据实验原理及操作，为验证力的平行四边形定则，在作图时，图中　　　　（选填“丙”或“丁”）是正确的。 （3）某次实验中测得图乙中α＝30°，β＝45°，保持α偏角不变，将OB从图乙中位置沿顺时针缓慢转到水平位置，则OA中弹簧的长度将　　　　　　　　，OB中弹簧的长度将　　　　　　　　（选填“一直增大”“一直减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”）。 尝试解答 创新分析 1.实验器材创新：用两根完全相同的轻弹簧和一瓶矿泉水来验证“力的平行四边形定则”。 2.数据测量创新：用智能手机的测角功能分别测出AO、BO与竖直方向的偏角α、β。 提示：完成课后作业　第二章　实验三 实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 【立足“四层”·夯基础】 一、同一点O　合力 二、橡皮条　刻度尺　铅笔 三、2.O点位置　细绳套的方向　示数F1、F2　3.O点　示数F 四、1.两细绳套　2.平行四边形　3.重合　平行四边形 五、1.零刻度处　相同　2.相同　4.大一些　长一些 5.相同 【着眼“四翼”·探考点】 考点一 【典例1】 （1）F'　（2）B　（3）①C　E　②C中应加上“记下两条细绳的方向”　E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O” 解析：（1）由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而作图作出的力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F'。 （2）一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们是等效替代的关系，B正确。 （3）①根据“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的操作步骤可知，有重要遗漏的步骤的序号是C和E。②在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。 【典例2】 （1）见解析图　（2）①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力计 解析：（1）根据F1、F2与F的方向和大小作出的力的图示如图所示。（2）由图可知F与F'不完全重合，该误差的原因可能是没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；读数时没有正视弹簧测力计。 考点二 【典例3】 （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，可得钩码质量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，故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，即保持杆右端O点位置保持不变，故A、B、D错误，C正确。 【典例4】 （1）BC　（2）丙　（3） 一直增大　先减小后增大 解析：（1）实验中，题图甲用来测量合力，题图乙用来测量两个分力，根据胡克定律可知，力的大小与弹簧形变量成正比，力的大小可用弹簧形变量来表示，因此必须测量弹簧的形变量，但AO、BO长度不必相同，A错误，B、C正确；实验中矿泉水瓶的重力是定值，所以不必保证O点固定不变，D错误。 （2）实验中矿泉水瓶的重力方向始终竖直向下，所以x1需要沿着竖直方向，故题图丙是正确的。 （3）对O点受力分析，O点处于动态平衡，重力的大小、方向不变，OA绳中拉力方向不变，根据平行四边形定则可得OA中弹力将一直变大，OB中弹力将先减小后增大，如图所示。所以OA中弹簧的长度将一直增大，OB中弹簧的长度将先减小后增大。 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $