第2章 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律（教师用书word）-【金版新学案】2026年高考物理高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 原理装置图 操作要求 数据处理 互成角度的两个力与一个力产生相同的效果 1.仪器安装：(1)如实验原理图所示，用图钉把白纸固定在水平桌面上的方木板上。 (2)用图钉把橡皮条的一端固定在G点，橡皮条的另一端连接轻质小圆环，小圆环上拴上两个细绳套。 2.测量与记录：(1)用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉动小圆环，使橡皮条伸长，小圆环到达某一位置O。记录两个弹簧测力计的读数F1、F2，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。 (2)只用一个弹簧测力计通过细绳套把小圆环拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数F和细绳套的方向。 (3)改变两个弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验 1.用铅笔和刻度尺从点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出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'。 2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出拉力F的图示 学生用书⬇第40页 注意事项 1.等效：同一次实验中两次把橡皮条拉长后圆环的位置必须保持不变。 2.拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉(与板面平行)，橡皮条、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 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.减小误差的措施 (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，并借助三角板，一定要使表示两力的边与其对边平行 类型一　教材原型实验 (2024·广西省高中毕业班第一次摸底检测)某同学探究求合力的方法，如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB与OC为细绳，如图所示。 (1)下列说法正确的是　　　　； A.记录拉力方向时用铅笔贴着细线画直线表示 B.测量时，弹簧秤外壳与木板之间的摩擦对实验没有影响 C.测量时，橡皮筋应与两细线夹角的平分线在同一直线上 D.拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应靠近木板且与木板平行 (2)在(1)实验中，F1、F2表示两个互成角度的力，F表示平行四边形作出的F1与F2的合力；F'表示用一个弹簧秤拉橡皮筋时的力，则乙图中符合实验事实的是　　　　； (3)在另一小组研究两个共点力合成的实验中，两个分力的夹角为θ，合力为F，F与θ的关系图像如图丙所示。已知这两个分力大小不变，则任意改变这两个分力的夹角，能得到的合力大小的最大值为　　　。 答案：(1)BD　(2)C　(3)7 N 解析：(1)记录拉力方向时，在细线上离O点适当远处找一点，该点与O点的连线就是拉力的方向，故A错误；测量时，弹簧秤外壳与木板之间可以存在摩擦，不影响测量，故B正确；测量时，橡皮筋不一定与两细线夹角的平分线在同一直线上，故C错误；拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应靠近木板且与木板平行，保证力的平行四边形在同一平面内，可以减小误差，故D正确。故选BD。 (2)根据二力平衡的条件，F'一定与橡皮筋在同一条直线上，故A、D错误；F是根据平行四边形得到的合力，F一定是平行四边形的对角线，故C正确，B错误。故选C。 (3)根据题图丙得＋＝52，F1－F2＝1 解得F1＝4 N，F2＝3 N 则合力的最大值为Fmax＝F1＋F2＝7 N。 类型二　拓展创新实验 某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定在量角器的圆心O的正上方A处，另一端系上绳套1和绳套2。 (1)主要实验步骤如下： ①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋与绳套的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F； ②弹簧测力计挂在绳套1上，沿水平方向缓慢拉橡皮筋，同时用手拉着绳套2沿120°方向缓慢拉橡皮筋。使橡皮筋与绳套的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F1； 学生用书⬇第41页 ③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力大小F1'＝　　　　； ④比较　　　　，若在误差允许的范围内相同，即可初步验证力的平行四边形定则； ⑤只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤。 (2)将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向，同时绳套2由120°方向缓慢转动到180°方向，此过程中保持橡皮筋与绳套的结点在O处不动，保持绳套1和绳套2的夹角120°不变。关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是　　　　(填选项前的字母)。 A.逐渐增大 B.先增大后减小 C.逐渐减小 D.先减小后增大 [破题 “三步曲”] 答案：(1)③　④F1和F1'　(2)A 解析：(1)③由力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1'＝Ftan 30°＝F；④通过比较F1和F1'，在误差允许的范围内相同，即可初步验证力的平行四边形定则。 (2)两个绳套在转动过程中，合力保持不变，根据平行四边形定则画出力的合成图，如图所示，由图可知，绳套1的拉力大小逐渐增大，故A正确。 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　　　　。 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　　　　　　　。(均选填“一直增大”“一直减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”)。 [破题 “三步曲”] 答案：(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，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；实验中重物重力是定值，所以不必保证结点O的位置始终固定不变，D错误。故选BC。 (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易知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。 学科网（北京）股份有限公司 $