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

该高中物理高考复习课件聚焦“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，依据高考评价体系梳理实验原理、操作规范、数据处理等核心考点，分析其作为力学实验必考点的权重，归纳操作判断、误差分析、作图验证等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于高考真题训练（如2024海南卷）与应试技巧指导，通过科学探究（实验设计与数据处理）和科学思维（模型建构），结合等效性保证、误差分析（读数正视刻度、作图规范）等方法，帮助学生掌握实验题答题技巧，助力高考冲刺，也为教师复习教学提供系统指导。

实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 高三一轮复习讲义 新高考 第二章　相互作用 实验梳理 夯根基 典例研析 提能力 课时测评 内容索引 实验梳理　夯根基 返回 原理装置图 互成角度的两个力与一个力产生相同的效果 操作要求 数据处理 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 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 返回 典例研析　提能力 返回 类型一　教材原型实验 例1 (2024·海南卷·T15)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(a)(b)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；现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(b)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′。 答案： (2)比较F和F′，写出可能产生误差的两点原因：_______________________ _______________________________________________________________________________________。 F和F′不完全重合的误差可能是：①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力计 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。 例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； 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。 F1和F1′ ③由力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1′＝F tan 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)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 √ 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。 破题“三步曲” 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。 例3 (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 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)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。 丙 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)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”)。 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。 一直增大 先减小后增大 破题“三步曲” 返回 课 时 测 评 返回 弹簧测力计的最小分度值为0.1 N，估读到0.01 N，则题图丁中读数为2.35 N。 1．(8分)(2024·黑龙江哈尔滨高三检测)在“探究两 个互成角度的力的合成规律”的实验中，实验装置 及实验过程如图甲、乙、丙所示，E为橡皮筋原长 时小圆环的位置，O为实验时小圆环被拉至的位置。 (1)图丁中弹簧测力计的示数为___________________ N。 2.35(2.33～2.37均可) 2 3 4 5 1 必须要记录的有两个分力F1和F2的大小和方向、合力F的大小和方向，力的大小通过弹簧测力计读出，两次都要使小圆环被拉到O点位置，所以必须记录的有B、C、D；不需要记录的是题图甲中E的位置，故选A。 (2)在实验过程中，不必记录的有________。 A．图甲中E的位置 B．图乙中O的位置 C．OB、OC的方向 D．弹簧测力计的示数 √ 2 3 4 5 1 两个细绳OB、OC夹角要适当大一些，但不能太大，合力一定时，两分力夹角太大导致两分力太大，测量误差变大，A错误；读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，规范操作，B正确；实验时，不仅需保证两次橡皮筋伸长量相同，还必须都伸长至O点才行，C错误。 (3)下列选项中，与本实验要求相符的是________。 A．两细绳OB、OC夹角越大越好 B．读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度 C．实验时，只需保证两次橡皮筋伸长量相同即可 √ 2 3 4 5 1 (4)某次实验记录纸如图戊所示，拉力F1和F2的方向 分别过P1和P2点，拉力F的方向过P点；三个力的 大小分别为：F1＝2.70 N、F2＝2.30 N和F＝4.00 N， 得出正确实验结论后，请根据实验结论和图中给出 的标度：①在图中作出F1和F2的合力； 答案： ②根据作图求出该合力大小为____________________N。 3.89(3.70～4.10均可) 2 3 4 5 1 ①由于标度已经选定，作图时要保证表示F1、F2的线段 长度分别为标度的2.7倍和2.3倍，作图如图所示； ②量出作图法求出的合力长度约为标度的3.89倍，所以 合力大小为3.89 N。 2 3 4 5 1 2．(6分)某学生实验小组设计了一个“验证力的平行四边形定则”的实验，装置如图甲所示，在竖直放置的木板上部附近两侧，固定两个力传感器，同一高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，在两细绳连接的结点O下方悬挂钩码，力传感器1、2的示数分别为F1、F2，调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳间的夹角。实验中使用若干相同的钩码，每个钩码质量均为100 g，取g＝9.8 m/s2。 2 3 4 5 1 (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 3 4 5 1 实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，以保证钩码重力等于细绳的拉力，选项A正确；该装置不需要每次实验都必须保证结点位于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细绳的方向，选项C正确；因为每个钩码的重力已知，所以不需要测钩码总重力，选项D错误。 2 3 4 5 1 (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F1、F2(如图乙)，请你作图得到F1、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：__________________________________ ______________________。 定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等(回答出一项合理答案即可) 答案： 2 3 4 5 1 利用平行四边形定则作出F1和F2的合力F，如图所示，该合力不完全竖直的可能原因是定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等。 2 3 4 5 1 3．(6分)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，可沿固定的圆心为O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： 2 3 4 5 1 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)。 F1 0.05 A传感器中的力均为拉力，为正值，故A传感器对应的是题表中的力F1。平衡时mg＝F1sin θ，当θ＝30°时，F1＝1.001 N，可求得m≈0.05 kg。 2 3 4 5 1 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。 (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 √ 2 3 4 5 1 (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 √ 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，故A、B、D错误，C正确。 2 3 4 5 1 4．(6分)(2024·广东珠海市斗门一中月考)有同学利用如图甲所 示的装置来探究两个互成角度的力的合成规律：在竖直木板 上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点 O，每个钩码的重力相等，当系统达到平衡时，根据钩码个 数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题： (1)改变钩码个数，实验可能完成的是________(填正确答案前的字母)。 A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝5 B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4 C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4 D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5 √ √ √ 实验中的分力与合力的关系必须满足|F1－F2|≤F3≤F1＋F2(等号在反向或同向时取得)，因此B、C、D三项都是可以的。 2 3 4 5 1 (2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是________(填选项前字母)。 A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向 B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度 C．用量角器量出三段绳子之间的夹角 D．用天平测出钩码的质量 在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向。 √ 2 3 4 5 1 (3)在作图时，你认为________(选填“乙”或“丙”)是正确的。 乙 F3的方向一定竖直向下，由于存在误差，F1和F2的合力方向可能偏离竖直方向，所以乙是正确的。 2 3 4 5 1 5．(8分)(2024·辽宁沈阳市一模)某同学在家中利用一个挂钟表盘探究“力的平行四边形定则”。 实验器材有橡皮筋、重6 N的小铁块、轻弹簧、细线、直尺、挂钟表盘。实验步骤如下： ①在轻弹簧下挂小铁块，平衡时弹簧伸长6.0 cm。 ②如图甲所示，将表盘竖直固定， 橡皮筋上端固定在表盘的“12”处， 下端拴上两根细线套a、b(未画出)， 先用弹簧竖直向下拉细线套a，将橡 皮筋下端拉至表盘中心O点处，此时 弹簧伸长了10.0 cm，将此时拉橡皮筋的力记为F。该同学取弹簧伸长2 cm为单位力长度，在表盘上过O点作出了力F的图示。 2 3 4 5 1 ③如图乙所示，再将小铁块挂在细线套b上，并将其搭在表盘“4”处的光滑钉子上，用弹簧拉细线套a，调整弹簧拉力的大小和方向，使橡皮筋下端到达O点时，细线套a正好经过表盘“7”处，此时弹簧伸长了8.2 cm，将弹簧的拉力记为F1，铁块的拉力记为F2。 2 3 4 5 1 在第①步，由胡克定律F＝kΔx可得弹簧的劲度系数为k＝＝1.0× 102 N/m。 请回答下列问题： (1)弹簧的劲度系数为________N/m。(计算结果取2位有效数字) 1.0×102 2 3 4 5 1 (2)实验中两次拉橡皮筋时都使其下端到达O点的目的是________。 A．让橡皮筋伸长适当长度 B．防止超过橡皮筋的弹性限度 C．保证两次拉橡皮筋的力效果相同 √ 为了保证两次拉橡皮筋的力效果相同，则第二次拉橡皮筋时也使其下端到达O点，故选C。 2 3 4 5 1 (3)该同学在图乙中画出F1和F2的力 的图示，如图丙所示。 (4)随后该同学采用两种方案来分析 实验数据。 方案一：在表盘上，分别将F1、F2 两个力的图示的箭头与O点F的力的图示的箭头连成一个四边形，观察这个四边形，若四边形非常接近____________，则猜想求两个力合力的方法可以采用平行四边形定则； 方案二：在表盘上，以F1、F2两力为邻边作出平行四边形，如图丙所示，若其对角线对应的力F′与F的偏差在误差允许范围内，则该同学验证了力的平行四边形定则，其中________是F1、F2两力的合力的理论值。 平行四边形 F′ 2 3 4 5 1 因为存在实验误差，所以若四边形非常接近平行四边形，则猜想求两个力合力的方法可以采用平行四边形定则，合力的理论值是根据力的平行四边形定则作出来的，所以F′是F1、F2两力的合力的理论值。 返回 2 3 4 5 1 谢 谢 观 看 实验三　 探究两个互成角度的力的合成规律 $