实验三 探究两个互成角度的力的合成规律&格物致用2 生活中无处不在的平衡问题-【创新教程】2027年高考物理总复习大一轮讲义

高考总复习物理 实验二探究弹簧弹力与形变量的关系 热点一 [典例1][解析](1)根据实验原理可知还需要刻度尺 来测量弹簧原长和伸长量 (2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原 长、弹簧所受外力与对应的伸长量（或与弹簧对应的长度）， (3)取图像中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入F=x可 得k=200N/m,由于弹簧自重的原因，使得弹簧不加外 力时就有形变量 (4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG. [答案](1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对 应的伸长量（或与弹簧对应的长度）(3)200弹簧自 重(4)CBDAEFG [典例2][解析](1)操作测得x=11.60cm, 由图(b)的图像坐标可知，该芒果的质量为 106g; 30° 若杯中放入芒果后，绳1与竖直方向夹角为 30°但与橡皮筋不垂直，根据共点力平衡可知 橡皮条的拉力变大，导致橡皮筋的长度偏大， 根据图像读出芒果的质量与。相比偏大。 (2)另一组同学利用同样方法得到的x一图像在后半 部分弯曲，可能是所测物体的质量过大，导致橡皮筋所 受的弹力过大超过了弹簧的弹性限度，从而使橡皮筋弹 力与其伸长量不成正比.故选C (3)根据共，点力平衡条件可知，当减小绳子与竖直方向 的夹角时，相同的物体质量对应橡皮筋的拉力较小，故 相同的橡皮筋，减小细线与竖直方向的夹角可增大质量 测量范围. [答案] (1)①106②偏大(2)C (3)减小细线与竖直方向的夹角 热点二 「典例3]「解析](1)根据压缩量的变化量为△L,=L: -L3=(18.09一12.05)cm=6.04cm,压缩量的平均值为 △7=L,+△L,十AL=6.03+6.08+6.04 cm≈6.05cm: 3 (2)因三个△L是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平 均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量； (3)根据钢球的平衡条件有3 ng sin日=k·△L解得k= 3 mg sin9_3×0.2×9.8Xsin30N/m △L 6.05×109 ≈48.6N/m [答案](1)6.046.05(2)3(3)48.6 [典例4][解析](1)根据图(a)可知悬挂的钩码质量分 别为200g和300g时，橡皮筋底端位置间的距离 为1.90cm: (2)根据图像可知钩码每增加相同的质量橡皮筋增加相 同的长度，故在所测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂 钩码的质量的增加量成正比， 设橡皮筋原长为L。,劲度系数为k,根据胡克定律F kx;其中F=mg,x为橡皮筋长度的增加量， 设悬挂质量为m1、m2的钩码时，橡皮筋长度的增加量分 别为工1：22，则1g=kx1,m2g=kx2 两式相减得(m2一m1)g=k(x2一x1) 取m1=200g=0.2kg,m2=300g=0.3kg,△x=x2-2 =1.9cm=1.9×10-2m 根据(m,一m1)g=(x-x1),可得k=m,一1）g X2一x1 (0.3-0.2)×9.8N/m≈52N/m 1.9×10- (3)根据图(b)可知F=1.00N;设橡皮筋与竖直方向夹 角为0对橡皮筋下端点进行受力分析有an9=E；从 mg 图中可知tan吹号，结合F=1,0N 可得m≈0.31kg,所以取m=300g. [答案](1)1.90(2)质量的增加量52 (3)1.00300 实验三探究两个互成角度的力的合成规律 热点一[典例1][解析](1)按照给定的标度画出 F,、F,和F的图示，然后按平行四边形定则画出F,、F 的合力F,如下图所示 ·41 IN 来0 P P (2)F和F'不完全重合的误差可能是：①没有做到弹簧 秤、细绳、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧 测力计 「答案](1)图见解析 (2)①没有做到弹簧秤、细绳、橡皮条都与木板平行； ②读数时没有正视弹簧力计 L典例2][解析](1)b.图中B弹簧测力计的读数为 11.40N; c如图： F 「答案7(1)b.11.40c.见解析图(2)C 热点二[典例3][解析](1)由题图知：刻度尺上1cm 之间有10个小格，所以一个小格代表1mm,即刻度尺 的分度值为1mm,根据甲图可知，物体的长度为L1= 17.50cm.(2)若要做“探究两个互成角度的力的合成规律” 实验，则两个弹簧拉力的合力与重力等大反向，根据几何关 系可知，若两根弹簧的拉力相等，即弹簧的长度相等，与 竖直方向的夹角也相等，此时F1=F2=g,即可得到力 的平行四边形定则：因此L2=17.50cm,0=60°. [答案](1)17.50(2)17.5060 「典例4门「解析门(1)要测量装满水的水壶的重力，则记 下水壶静止时电子秤的示数F.(2)要画出平行四边形， 则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结，点 O的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的 示数F1,(3)已经记录了一个分力的大小，还要记录另一 个分力的大小，则结，点O位置不能变化，力的方向也都 不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与 (2)中重合，记录电子秤的示数F2,(4)根据平行四边形 定则作出F、F2的合力F的图示，若F和F'在误差允 许范围内重合，则平行四边形定则得到验证， 「答案7(1)静止(2)三细线的方向(3)结点O的位 置(4)F和F'在误差允许范围内重合 格物致用2 L典例1门A[船体对冰块的弹力垂直于接触面，指向受 力物体；摩擦力与相对运动方向相反.故选A.门 「典例2]C「对人和梯子组成的系统受力分析，由平衡 条件可得，梯子在水平方向受到竖直墙壁水平向右的支 持力和地面水平向左的摩擦力，故A错误；人和梯子组 成的系统在竖直方向上受重力、地面的支持力，因为墙 光滑，所以竖直墙对梯子没有摩擦力：在水平方向上，受 到竖直墙壁水平向右的支持力和地面水平向左的摩擦 力，共四个力作用，故B错误；对人受力分析，人受到竖 直向下的重力，根据平衡条件，梯子对工人的作用力竖 直向上与重力平衡，故C正确：地面对直梯的作用力为 支持力和摩擦力的合力，方向斜向左上方，故D错误.] [典例3]B[对蒸锅进行受力分析可得4 F.cos a=G,解 得F麦 4cOSa,AC,D错误，B正确.] [典例4][解析]当人体浸入水中横截面积为0.02m, 洪水流速为3m/s时，洪水冲击力F,=kS=180N, 根据平衡条件得F-F1一ng sin a=0, 当人体浸入水中的横裁面积为0.04m,洪水流速为 5m/s时，洪水冲击力F2=kS02=1000N, 根据平衡条件得F一F2一mg sin a=0,可得缆绳此时给 人的拉力的最小值为F=1120N. [答案]1120N 2第二章 相互作用 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律 夯实>基础实验 分层梳理要点落实 探究两个互成角度的力的合成规律，理解等效替代 ●注意事项 实验目的 思维方法在物理学中的应用 操作不忘“三”“二”“一” 用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三 互成角度的两个方与二个力产生相同的效果，看它 记录”（记录两弹簧测力计示数、两细 实验原理 们用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否 绳方向和结点O的位置)，用一个弹 在实验误差允许范围内相等 簧测力计拉橡皮条时的“二记录”（记 录弹簧测力计示数和细绳方向)及 “一注意”（结点O的位置必须在同一 位置). ●误差分析 未板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、 1.读数误差 实验器材 弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、 本实验的误差除弹簧测力计本身的 铅笔 误差外，还有读数误差、作图误差等 2.减小误差的方法 (1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上 (1)结点O ①定位O点时要力求准确 (2)用两个弹簧测方计分别钩拉两个细绳套， ②同一次实验中橡皮条拉长后的O 互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结 点必须保持不变 点到达某一位置O (2)拉力 ①用弹簧测力计测拉力时要使拉力 (3)用铅笔描下结点O的位置和两条细绳的 沿弹簧测力计轴线方向. 方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻 度尺和三角板根据平行四边形定则求出 ②应尽量使橡皮条、弹簧测力计和 合力F 细绳套位于与纸面平行的同一平 实验步骤 面内. ③两个分力F,、F2间的夹角0不要 (4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮 太大或太小 条的结点拉到与前面相同的位置O,记下 (3)作图 弹簧测力计的读数F和细绳的方向 ①在同一次实验中，选定的比例 (5)比较F写用平行四边形定则求得的合方 要相同. F,在实验误差允许的范围内是否相等 ②严格按力的图示要求和几何作图 法作出平行四边形，求出合力. 突破>实验热点 实验热点逐一突破 热点一 实验原理及实验操作 典例1](2024·海南卷)为验证两个互成 (I)用图钉将白纸固定在水平木板上； 角度的力的合成规律，某组同学用两个弹簧 (Ⅱ)如图(a)(b)所示，橡皮条的一端固定在 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 木板上的G点，另一端连接轻质小圆环，将 验步骤完成实验： 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F,和F,的方向分别过P,和P 点，大小分别为F1=3.60N、F2=2.90N; 拉力F,和F2,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 ·37 高考总复习物理 标记P3点，拉力的大小为F=5.60N,请完 a.在木板上记下悬挂两个槽码时弹簧末端的 成下列问题： 位置O. (1)在图(b)中按照给定的标度画出F,、F 和F的图示，然后按平行四边形定则画出 b.卸下槽码，然后将两绳套系在弹簧下端， F、F2的合力F. 用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位 (2)比较F和F',写出可能产生误差的两点 置O,记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧 原因 [典例2]小白用如图所示的装置做“探究两 测力计相应的读数.图中B弹簧测力计的读 个互成角度的力的合成规律”实验，其部分 数为 N. 实验操作如下！ c.小白在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、FB (1)请完成下列相关内容： 的大小和方向如图所示，请你用作图工具 在图中坐标纸上作出FA、FB的合力F'. d.已知槽码的重力，可得弹簧所受的拉力F 如图所示。 e.最后观察比较F和F',得出结论， (2)本实验采用的科学方法是 A.理想实验法 B.控制变量法 C.等效替代法 D.建立物理模型法 热点二 实验拓展与创新 创新 续表 实验装置/原理图 创新解读 角度 创新 实验装置/原理图 创新解读 角度 图1：1.将橡皮筋 和弹簧测力计的 实验角色互换 2.挂钩上涂抹少 许润滑油，保证了 墙钉A (1)电子秤代替弹 0 橡皮筋两侧弹力 01 簧测力计，可以直 实验 大小相同，与两侧 接读出力的大小 原理 橡皮筋长度大小 实验 (2)同一电子秤应 创新 无关 器材 用于甲、乙、丙三 图2：1.通过应用 创新 L墙钉B 个图中，可测得三 定滑轮，改变拉力 0 根细线中拉力的 的方向 大小 2.钩码的总重力 即对应细绳的拉 力大小 ·38· 第二章 相互作用 续表 (1)由图可得L1= cm, 创新 (2)当L2= cm,0= 时，即 实验装置/原理图 创新解读 角度 可得到力的平行四边形定则！ [典例4]一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉 1.探究拉伸过程 和贴在墙上的白纸等物品，在家中做“探究 橡皮筋 对橡皮筋弹性的 两个互成角度的力的合成规律”实验 影响 实验 描出的轨迹口 2.橡皮筋上端固 墙钉A 过程 Ln培钉B 定，下端挂一重物， 01 创新 第1次的轨迹 用水平力两次拉 动重物，对应不同 第2次的 轨迹 的轨迹 (1)如图甲，在电子秤的下端悬挂一装满水 的水壶，记下水壶 时电子秤的示 [典例3] 小华在家中找到两根一样的轻弹 数F 簧P和Q、装有水总质量m=1kg的矿泉水 (2)如图乙，将三细线L1、L2、L3的一端打 瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材，设计如下 结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A 实验做“探究两个互成角度的力的合成规律”实 和水壶杯带上.水平拉开细线L1,在白纸上 验.取重力加速度g=10m/s2,其操作如下： 记下结点O的位置、 和电子秤的示数F· 60 (3)如图丙，将另一颗墙钉B钉在与O同一 水平位置上，并将L1拴在其上.手握电子秤 沿着(2)中L。的方向拉开细线L2,使 a.如图甲所示，将弹簧P上端固定，让其自 和三根细线的方向与(2)中重 然下垂，将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧 合，记录电子秤的示数F. P下端，待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出 (4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力 此时弹簧P的长度L1; F、F,、F。的图示，根据平行四边形定则作出 b.如图乙所示，在细绳和弹簧Q的挂钩上 F,、F2的合力F的图示，若 涂抹少许润滑油，将细绳搭在挂钩上，缓 ,则可得到平行四边形定则 慢的拉起弹簧Q,使弹簧P偏离竖直方向 夹角为60°，测出弹簧Q的长度为L2及 C温馨提污 学习至此，请完成配套训练 课时冲关12 其轴线与竖直方向夹角为0. [格物致用2]生活中无处不在的平衡问题 平衡问题在生活中无处不在.交通出行处处离不开受力，离不开平衡；生活起居处处涉及受 力，涉及平衡.工厂生产、工地建筑、科学研究、特殊事件等等，无不涉及平衡问题.随着高考命题 对应用性要求的加强，以生产、生活情景为背景，考查平衡问题会是高考命题的热点之一. ·39· 高考总复习物理 情景1】 现代科技类 情景3】 灾难救援类 [典例1]“雪龙2号”是我国第一艘自主建 [典例4幻山区强降雨 造的极地破冰船，能够在1.5米厚的冰层中 会导致山洪暴发，人 连续破冰前行.破冰船前行过程中，在船头 处在山洪之中会有 相对冰层滑动时，碎冰块对船体弹力和摩擦 生命危险.如图甲所示，山洪暴发，某些人处 力的示意图正确的是 ) 在一定倾角的斜面上，正被山洪冲击，救援 船体 船体 人员投下缆绳，处在危险中的人员用力拉住 冰层 冰层 缆绳，该过程可抽象为如图乙所示.山洪对 碎冰块 N碎冰块 人的作用力可表示为F=S,其中k= 1000kg/m3,S是人体浸入水中的横截面 A B 积，？为山洪流速.斜面由于水的冲刷非常 光滑，人和斜面间的摩擦力可忽略.已知当 船体 船体 冰层 冰层 人体浸入水中横截面积为0.02m,洪水流 碎冰唤 碎冰块 速为3m/s时，为了使人恰好处于静止，缆绳 给人的拉力最小值为300N.求当人体浸入 D 水中横截面积为0.04m,洪水流速为5m 情景2 日常生活类 s时，为了使人能静止，则缆绳给人的拉力 [典例2】如图所示，一梯子斜 的最小值为多少？（g取10m/s2) 靠在光滑的竖直墙壁上，下 [听课记录] 端放在粗糙的水平地面上， 某工人站立于梯子上，下列 说法正确的是 A.地面对梯子的摩擦力方向 水平向右 B.人和梯子组成的系统受三个力作用 C.梯子对工人的作用力竖直向上 D.地面对梯子的作用力竖直向上 「典例3]图甲为家庭 常用的燃气灶实物 图，灶面上有一个支 架.共有四个均匀分布的支承面，对放在上 面的厨具起到支撑作用.现把一个蒸锅放在 支架上，并抽象成示意图乙，已知支架的每 个支承面与水平方向成α角.蒸锅和里面的 食物总计重为G,则每个支承面给蒸锅的支 持力为（忽略蒸锅和支承面之间的摩擦力） ( A.G B. C G D. G Acos a Asin a Atan a ·40·