实验3 探究两个互成角度的力的合成规律 讲义 - 2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习教案聚焦“探究两个互成角度的力的合成规律”实验专题，整合常规实验原理、创新实验设计及真题训练，按实验操作流程、误差分析、结论验证的逻辑层次展开，通过考点梳理、方法指导、分层练习三个教学环节，帮助学生构建实验探究的系统框架。 教案突出科学探究与科学思维培养，采用等效替代法分析实验原理，设计“常规实验操作规范+创新实验情境拓展”对比教学，如通过弹簧测力计示数范围分析、滑轮钩码平衡条件探究等实例，强化学生实验设计与数据处理能力。设置基础巩固与能力提升分层练习，配合即时反馈，助力教师精准把控复习节奏，有效提升学生实验题应考能力。

实验3　探究两个互成角度的力的合成规律 学习目标　1. 理解实验原理，会用力的图示作图，得出实验结论.2. 会分析用其他仪器或方法探究力的合成规律的实验． 活动一 分析常规实验 1 验证“力的平行四边形定则”，如图甲所示，实验步骤如下： ①用两个相同的弹簧测力计互成角度拉细绳套，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，记为O1； ②记录两个弹簧测力计的拉力F1和F2的大小和方向； ③只用一个弹簧测力计，将结点仍拉到位置O1，记录弹簧测力计的拉力F3的大小和方向； ④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3； ⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F； 甲 ⑥比较F3和F的一致程度． (1) 下列说法中正确的是________． A. 应使橡皮条与两绳夹角的平分线在同一直线上 B. 为了便于计算合力大小，两绳间夹角应取30°、45°、90°等特殊角度 C. 系在橡皮条末端的两绳要一样长 D. 同时改变两个弹簧测力计的拉力，结点可能保持在位置O1 (2) 改变F1、F2，重复步骤①至⑥进行第二次实验，记下结点位置O2，位置O2________(选填“必须”或“不必”)与位置O1相同． (3) 实验记录纸如图乙所示，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；两个力的大小分别为F1＝3.0 N、F2＝3.5 N．请根据图中给出的标度作出F1和F2的合力． (4) 实验中，用两个弹簧测力计同时拉，两绳夹角小于90°，一个弹簧测力计示数接近量程，另一个超过量程的一半．请说明这样操作________(选填“合理”或“不合理”)，理由是_____ 乙 _____________________________________________________________________. 本实验的依据是合力与分力的等效性，所以同一次实验中，结点O的位置必须相同．在实验操作时，共有“七个记录”，你能说出来吗？ 1 [2026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． 甲 乙 (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________(多选). 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 (3) 弹簧测力计A的示数如图乙所示，则其示数为________N. (4) 以B、C两弹簧测力计的拉力FB、FC为邻边作平行四边形，如图丙所示．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) 丙 (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结果是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． 活动二 分析创新实验 2 用如图所示的器材和方法可以验证“力的平行四边形定则”．在圆形桌子透明桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动． 第一次实验中，步骤如下： A. 在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，并使结点O静止，且OP1、OP2、OP3与桌面平行； B. 在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点为起点，作出三拉力的图示； C. 以绕过P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形，作出O点为起点的平行四边形的对角线，量出对角线的长度； D. 检验对角线的长度和绕过P1绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一条直线上． (1) 这次实验中，若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则第三根绳挂的质量一定大于________且小于________． (2) 第二次实验时，改变滑轮P2、P3的位置和相应绳上钩码的数量，使结点平衡，绳的结点________(选填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合．实验中，若桌面不水平________(选填“会”或“不会”)影响实验的结论． 3 小明通过实验验证力的平行四边形定则． (1) 实验记录纸如图甲所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点．三个力的大小分别为F1＝3.30 N、F2＝3.85 N和F3＝4.25 N．请根据图中给出的标度作图，并求出F1和F2的合力． 甲 乙 丙 (2) 仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果．他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响． 实验装置如图乙所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物．用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹．重复上述过程，再次记录下N的轨迹. 两次实验记录的轨迹如图丙所示，过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为________． (3) 根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些？________． A. 橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B. 两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长 C. 两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大 D. 两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大 (4) 根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项． 实验3　探究两个互成角度的力的合成规律 【活动一】 例 1 (1) D　(2) 不必 (3) (4) 不合理　只用一个弹簧测力计拉时会超过其量程 解析：(1) 橡皮条的方向代表合力的方向，可以是两绳之间任意方向，不一定是两绳夹角的平分线，故A错误；两绳拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，两绳间夹角不一定取30°、45°、90°等特殊角度，故B错误；绳的作用是能显示出力的方向，所以不一定要等长，故C错误；同时改变两个弹簧测力计的拉力，结点可能保持在位置O1，故D正确． (2) 改变F1、F2，重复步骤①至⑥进行第二次实验，记下结点位置O2，因为是两次不同的实验，则位置O2不必与第一次O1点相同． (3) 根据平行四边形定则求F2与F1的合力，测得合力F＝4.0 N． (4) 用两个弹簧测力计同时拉，两绳夹角小于90°，一个弹簧测力计示数接近量程，另一个超过量程的一半．这样操作不合理，理由是当只换用一个弹簧测力计拉时，弹簧会超过其量程． 思维拓展：(1) 两个弹簧测力计拉橡皮条时，记录两弹簧测力计示数、两绳方向和结点O的位置(五记录). (2) 一个弹簧测力计拉橡皮条时，记录弹簧测力计示数和细绳方向(二记录). 即时训练1 (1) B　(2) ABD　(3) 3.87　(4) 4.50　(5) 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B正确． (2) 为避免误差，弹簧测力计使用前需校零，故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，故B正确；B、C两弹簧测力计的拉力方向不需要垂直，故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，故D正确． (3) 弹簧测力计A精度为0.1 N，故读数为3.87 N. (4) 根据标度可得对应的力F的大小为4.50 N. (5) 不同意，因圆木板的重力或弹簧测力计弹簧重力影响． 【活动二】 例 2 (1) m　3m　(2) 不必　不会 解析：(1) 若一根绳挂的质量为m，另一根绳挂的质量为2m，则两绳子的拉力分别为mg、2mg，两绳子拉力的合力F的范围是|2mg－mg|≤F≤mg＋2mg，即mg≤F≤3mg，三力的合力为零，则第三根绳挂的质量范围在m到3m之间，即第三根绳挂的质量一定大于m且小于3m. (2) 本实验不是先用一根绳拉，然后用两根绳去拉，使一根绳拉的作用效果与两根绳拉的作用效果相同，而是三根绳都直接拉O点，所以O点的位置可以改变，只要保证三力平衡即可，所以不必与第一次实验中白纸上描下的O点重合．同理桌面不水平只要保证能使结点平衡即可，所以桌面不水平也不会影响实验的结论． 例 3 (1) (2) Fa＝Fb　(3) BD　(4) 橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋．(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋) 解析：(1) 作出的图示如图所示． (2) 以重物为研究对象，进行受力分析：重物受到重力、水平向右的拉力和橡皮筋的拉力，重物处于静止状态的合力为零，因橡皮筋的拉力方向相同，故橡皮筋的拉力相等． (3) 橡皮筋的形变量和所受到的力有关，A错误；从图丙上看，第二次运动轨迹远离O点，橡皮筋第2次的形变量大，B正确；两次拉伸到相同长度，第二次对应的力小，C错误；拉力越大，由图丙可得橡皮筋两次的长度差越大，故D正确． (4) 注意选取橡皮筋的技巧：一要新，二要弹性好；三不要超过弹性限度．故注意事项有拉力不应该太大；橡皮筋不能太长；选用弹性较好的橡皮筋等． 学科网（北京）股份有限公司 $