2.7 实验3：探究两个互成角度的力的合成规律 课件 -2027届高三物理一轮复习

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”实验专题，依据高考评价体系梳理了实验目的、思路、数据处理及误差分析等核心考点，通过近五年高考真题统计明确了等效替代法、实验创新及误差控制的高频考查方向，归纳出教材原型实验与改进创新实验两类常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“基础夯实+易错纠偏+真题实战”的复习策略，结合科学探究与科学思维素养，如以2025宁夏银川三模力传感器实验为例，解析角度测量误差对合力计算的影响，培养学生实验设计与数据处理能力。特设易错点辨析（如弹簧测力计调零与读数规范）和答题模板，帮助学生掌握得分技巧，教师可据此精准把握学情，实现高效备考。

第7讲　实验3:探究两个互成角度的力的合成规律 强基础·教考衔接 一、实验目的 验证力的平行四边形定则。 二、实验思路 互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F'产生相同的效果,比较F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F'在实验误差允许范围内是否相同。 三、实验器材 木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、小圆环、三角板、刻度尺、图钉(若干个)。 四、进行实验 如图甲所示,橡皮条的一端固定,另一端 挂一轻质小圆环,橡皮条的长度为GE。 在图乙中,用两个弹簧测力计共同拉动 小圆环,小圆环受到拉力F1、F2和橡皮 条的共同作用,处于O点,橡皮条伸长的 长度为EO。撤去F1、F2,改用一个弹簧 测力计单独拉住小圆环,小圆环受到拉 力F'和橡皮条的作用,仍处于O点(图丙)。力F'单独作用,与F1、F2共同作用,都能使小圆环静止于O点,由于两次橡皮条的形变量相同,即橡皮条对小圆环的拉力相同,所以F'等于F1、F2的合力F。 保证作用效果相同 五、数据处理 1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出两个弹簧测力计的拉力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的图示。 不同小组可以取不同标度 2.用刻度尺从O点按相同的标度沿记录的方向作出一个弹簧测力计的拉力F'的图示。 3.比较F与F'是否完全重合或几乎重合,从而验证平行四边形定则。 六、误差分析 1.系统误差:弹簧测力计本身不够准确造成的误差,为此要选择比较准确的弹簧测力计。 2.偶然误差:弹簧测力计读数和作图造成偶然误差,需要多做几次实验,并且使两分力F1、F2的夹角适当大些。 七、注意事项 1.实验过程中读数时视线要垂直弹簧测力计的刻度,要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。 2.作图时使用刻度尺或三角板,作图要规范。 √ × √ × × × √ 研考点·精准突破 考点一　教材原型实验 典题1 (2026江苏徐州期中)为验证两个互成角度的力的合成规律,某组同学用系有三段长细线的匀质圆木板,在靠近黑板的竖直平面内,用三个弹簧测力计分别向三个方向拉细线,其中A弹簧测力计的拉力在竖直方向,实验装置如图甲所示。当圆木板处于静止状态时,在每段细线所在直线取2个点标记在黑板上,同时记录三个弹簧测力计的示数。 (1)该组同学认为A弹簧测力计所测力的大小、方向,应与B、C弹簧测力计所测两力的合力大小相等、方向相反,采用的科学方法是　　　　。 A.极限法　　　　 B.等效替代法 C.控制变量法 D.理想实验法 (2)下列说法正确的是　　　　。 A.弹簧测力计使用前需校零 B.拉线方向应与黑板平面尽量平行 C.B、C两弹簧测力计的拉力方向应尽量垂直 D.细线所在直线上选取的2个点,间距适当远一些 B ABD (3)若弹簧测力计A的示数如图乙所示,则其示数为　　　　 N。 3.86 (4)若以B、C两弹簧测力计的拉力FB、FC为邻边作平行四边形,如图所示。测量平行四边形对角线长度,可知其对应的力F的大小为　　　　 N。(结果保留3位有效数字)  4.60 (5)该组同学发现多次实验中,F的大小均大于A弹簧测力计的示数大小。有同学认为出现这样的结果是由于读弹簧测力计的示数不准确造成的。你是否同意此观点?若同意,请简要说明理由;若不同意,请简要说明出现这样结果的一个原因。 不同意,因圆木板的重力或弹簧测力计弹簧重力影响 解析 (1)A弹簧测力计所测力的大小、方向,应与B、C弹簧测力计所测两力的合力大小相等、方向相反,采用的科学方法是等效替代法,故选B。 (2)为避免误差,弹簧测力计使用前需校零,A正确;拉线方向应与黑板平面尽量平行,使绳的拉力在同一平面内,B正确;B、C两弹簧测力计的拉力方向不需要垂直,C错误;细线所在直线上选取的2个点,间距适当远一些,这样确定方向时可以减小误差,D正确。 (3)弹簧测力计A精度为0.1 N,故读数为3.86 N。 (4)根据标度可得对应的力F的大小为4.60 N。 (5)不同意,因圆木板的重力或弹簧测力计弹簧重力影响。 考点二　实验的改进与创新 考向一　实验方法的创新 典题2 (2025宁夏银川三模)已知力传感器仅能测量沿其中轴线方向作用力的大小,对侧向作用力不显示。某同学用图所示的装置探究两个互成角度的力的合成规律。先将传感器安装在竖直圆盘上,使其中轴线沿圆盘径向固定,细绳OC竖直悬挂一只钩码,细绳OA、OB分别挂在力传感器1、2的挂钩上,O点为绳的结点,测量前将结点O调整至圆盘圆心处。 下图为某次计算机根据测得细绳OA、OB上的拉力F1、F2作出的力的图示, α1、α2分别为传感器1、2的中轴线与竖直方向的夹角。以F1、F2为邻边作平行四边形得到对角线,记为F合,细绳OC对结点O的拉力记为F(说明:F合与F的大小可由计算机算出)。已知砝码的质量m=202.5 g,重力加速度大小g取9.8 m/s2。 (1)根据实验数据可计算出F=　　　　 N(结果保留3位有效数字)。若改变细绳OA、OB所成角度多次测量,在实验误差允许范围内,均有F合与F　　　 　 ,则说明力的合成遵循平行四边形定则。 (2)实验中,圆盘未竖直安装,对实验结果　　　　(选填“有”或“无”)影响。 (3)若在实验过程中将细绳的结点调节至圆盘圆心的正下方,则合力理论值F合'　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)钩码受到的重力。 1.98 大小相等,方向相反 有 小于 解析 (1)根据二力平衡可得F=mg=202.5×10-3×9.8 N≈1.98 N;若改变细绳OA、OB所成角度多次测量,根据平衡条件可知在实验误差允许范围内,均有F合与F大小相等,方向相反。 (2)实验中,圆盘未竖直安装,由于力传感器仅能测量沿其中轴线方向作用力的大小,对侧向作用力不显示,则力传感器测量的是绳子拉力沿圆盘平面的分力,并不是绳子的实际拉力,所以对实验结果有影响。 (3)据受力平衡可知,F1、F2的合力大小等于钩码的重力,若在实验过程中将细绳的结点调节至圆盘圆心的正下方,则角度α1、α2的测量值偏大,即F1、F2的夹角测量值偏大,根据平行四边形得到合力理论值F合'偏小,则F合'小于钩码的重力。 考向二　实验原理的创新 典题3 (2025黑吉辽蒙卷)某兴趣小组设计了一个可以测量质量的装置。如图(a)所示,细绳1、2和橡皮筋相连于一点,细绳1上端固定在A点,细绳2下端与水杯相连,橡皮筋的另一端与绳套相连。 图(a) 为确定杯中物体质量m与橡皮筋长度x的关系,该小组逐次加入等质量的水,拉动绳套,使细绳1每次与竖直方向夹角均为30°且橡皮筋与细绳1垂直,待装置稳定后测量对应的橡皮筋长度。根据测得数据作出x-m关系图线,如图(b)所示。 图(b) 回答下列问题: (1)将一芒果放入此空水杯,按上述操作测得x=11.60 cm,由图(b)可知,该芒果的质量m0=　　　　 g(结果保留到个位)。若杯中放入芒果后,细绳1与竖直方向夹角为30°,但与橡皮筋不垂直,由图像读出的芒果质量与m0相比 　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 (2)另一组同学利用同样方法得到的x-m图像在后半部分弯曲,下列原因可能的是　　　　。 A.水杯质量过小 B.绳套长度过大 C.橡皮筋伸长量过大,弹力与其伸长量不成正比 (3)写出一条可以使上述装置测量质量范围增大的措施　　　　　　　　。 106 偏大 C 减小细绳1与竖直方向的夹角 解析 (1)操作测得x=11.60 cm,由图(b)的图像坐标可知,该芒果的 质量为106 g;若杯中放入芒果后,细绳1与竖直方向夹角为30°, 但与橡皮筋不垂直,对细绳与橡皮筋结点受力分析,如图所示,根 据共点力平衡可知橡皮筋的拉力变大,导致橡皮筋的长度偏大, 若仍然根据图像读出芒果的质量与m0相比偏大。 (2)另一组同学利用同样方法得到的x-m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 了其弹性限度,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,当减小细绳1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,故对于相同的橡皮筋,可减小细绳1与竖直方向的夹角来增大该装置测量质量的范围。 $