第二章 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律&格物致用2（配套教参）-【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 (3)悬挂的钩码质量为时，在橡皮筋底端施以水 取m1=200g=0.2kg,m2=300g=0.3kg,△x= 平向右的力F,平衡时橡皮筋方向如图(b)中虚线 所示，图(b)中测力计的示数给出了力F的大小，则 x2-x1=-1.9cm=1.9×102m F= N,m= g(选填“200” 根据(m2一m1）g=k（x2-x1),可得k “300”或“400”). m2-m)g=(0.3-0.2)×9.8 [解析](1)根据图(a)可知悬挂的钩码质量分别 1.9×102 N/m≈52 x2一x1 为200g和300g时，橡皮筋底端位置间的距离为 N/m 1.90cm; (2)根据图像可知钩码每增加相同的质量橡皮筋增 (3)根据图(b)可知F=1.00N;设橡皮筋与竖直方 加相同的长度，故在所测范围内橡皮筋长度的增加 向夹角为0，对橡皮筋下端点进行受力分析有tan0 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 -是从图中可知am号结合F=1.0N mg F=kx;其中F=mg,x为橡皮筋长度的增加量. 可得m≈0.31kg,所以取m=300g。 设悬挂质量为m1、m2的钩码时，橡皮筋长度的增 加量分别为x1、x2,则m1g=kx1,m2g=k.x2 [答案](1)1.90(2)质量的增加量52 两式相减得(m2-m1)g=k(x2一x1） (3)1.00300 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律 夯实，基础实验 学生用书P37 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 “三记录”（记录两弹簧测力计示 互成角度的两个力与一个力产生相同的效果，看它 数、两细绳方向和结点O的位 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 置)，用一个弹簧测力计拉橡皮条 在实验误差允许范围内相等 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 1.读数误差 本实验的误差除弹簧测力计本身 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、 的误差外，还有读数误差、作图误 实验器材： 弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、 差等 铅笔 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0 ①定位O点时要力求准确， (2)用两个弹簧测力计分别钩拉两个细绳套， ②同一次实验中橡皮条拉长后的 互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结 O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 :(3)用铅笔描下结点O的位置和两条细绳的 力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 ②应尽量使橡皮条、弹簧测力计 度尺和三角板根据平行四边形定则求出 和细绳套位于与纸面平行的同一 合力F 平面内 实验步骤 ③两个分力F、F2间的夹角0不 :(4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮 要太大或太小. 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 例要相同. (5)比较F与用平行四边形定则求得的合方 ②严格按力的图示要求和几何作 F,在实验误差允许的范围内是否相等 图法作出平行四边形，求出合力. ·50 第二章相互作用 突破实验热点 学生用书P37 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)为验证两个互成角度的 [答案](1)图见解析 力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力计、橡皮 (2)①没有做到弹簧秤、细绳、橡皮条都与木板平 条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和 行；②读数时没有正视弹簧测力计 图钉等器材，按照如下实验步骤完成实验： [典例2]小白用如图所示的装置做“探究两个互成 IN ●0 角度的力的合成规律”实验，其部分实验操作如下 (1)请完成下列相关内容： P, ●P, P● 可 (b) (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 a.在木板上记下悬挂两个槽码时弹簧末端的位置O. 圆心位置为O点，拉力F1和F2的方向分别过P b.卸下槽码，然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹 和P2点，大小分别为F1=3.60N、F2=2.90N;拉 簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O,记录细绳 力F1和F2,改用一个弹簧测力计拉动小圆环，使 套AO、BO的方向及两弹簧测力计相应的读数. 其圆心到O点，在拉力F的方向上标记P3点，拉 图中B弹簧测力计的读数为 N. 力的大小为F=5.60N,请完成下列问题： c.小白在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、FB的大小 (1)在图(b)中按照给定的标度画出F1、F2和F的 和方向如图所示，请你用作图工具在图中坐标纸 图示，然后按平行四边形定则画出F1、F,的合 上作出FA、FB的合力F' 力F d.已知槽码的重力，可得弹簧所受的拉力F如 (2)比较F和F',写出可能产生误差的两点原 图所示. 因 e.最后观察比较F和F',得出结论. [解析](1)按照给定的标度画出F1、F,和F的 (2)本实验采用的科学方法是 图示，然后按平行四边形定则画出F、F2的合力 A.理想实验法 B.控制变量法 F,如下图所示 C.等效替代法 D.建立物理模型法 [解析](1)b.图中B弹簧测力计的读数为11.40N; c.如图： G 0 YF FF (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)b.11.40c.见解析图(2)C 51· 高考总复习物理 热点二 实验拓展与创新 创新 角度 实验装置/原理图 创新解读 图1：1.将橡皮筋 和弹簧测力计的 实验角色互换 甲 乙 2.挂钩上涂抹少 a.如图甲所示，将弹簧P上端固定，让其自然下垂， 0 许润滑油，保证了 将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端，待矿泉 橡皮筋两侧弹力 水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长 实验 大小相同，与两侧 度L1; 原理 橡皮筋长度大小 b.如图乙所示，在细绳和弹簧Q的挂钩上涂抹少 创新 无关 许润滑油，将细绳搭在挂钩上，缓慢的拉起弹簧 图2：1.通过应用 Q,使弹簧P偏离竖直方向夹角为60°，测出弹簧 定滑轮，改变拉力 Q的长度为L,及其轴线与竖直方向夹角为0. (1)由图可得L1= cm. 的方向 (2)当L2= cm,0= 时，即可得到 2.钩码的总重力 力的平行四边形定则. 即对应细绳的拉 [解析](1)由题图知：刻度尺上1cm之间有10 图2 力大小 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 墙钉A 成规律”实验，则两个弹簧拉力的合力与重力等大 (1)电子秤代替弹 反向，根据几何关系可知，若两根弹簧的拉力相等， 簧测力计，可以直 即弹簧的长度相等，与竖直方向的夹角也相等，此 接读出力的大小 实验 时F1=F2=mg,即可得到力的平行四边形定则； 器材 (2)同一电子秤应 因此L2=17.50cm,0=60°. 创新 用于甲、乙、丙三 [答案](1)17.50(2)17.5060° 个图中，可测得三 [典例4幻一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在 L墙钉B 根细线中拉力的 墙上的白纸等物品，在家中做“探究两个互成角度 大小 的力的合成规律”实验， 墙钉A L Ln培钉日 橡皮筋 1.探究拉伸过程 (1)如图甲，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶， 对橡皮筋弹性的 记下水壶 时电子秤的示数F. 描出的轨迹 影响 实验 (2)如图乙，将三细线L1、L2、L3的一端打结，另 过程 2.橡皮筋上端固 端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上. 定，下端挂一重 水平拉开细线L1,在白纸上记下结点O的位置、 创新 o0 物，用水平力两次 和电子秤的示数F. 第1次的轨迹 拉动重物，对应不 (3)如图丙，将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位 第2次 同的轨迹 置上，并将L1拴在其上.手握电子秤沿着(2)中L2 h 轨迹 的方向拉开细线L2,使 和三根细 线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2 (4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F、F [典例3]小华在家中找到两根一样的轻弹簧P和 的图示，根据平行四边形定则作出F、F2的合力 Q、装有水总质量m=1kg的矿泉水瓶、刻度尺、量 F的图示，若 ,则可得到平行四 角器和细绳等器材，设计如下实验做“探究两个互成 边形定则。 角度的力的合成规律”实验.取重力加速度g=10m/s2, [解析](1)要测量装满水的水壶的重力，则记下 其操作如下： 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 ·52 第二章相互作用 记下结，点O的位置的同时也要记录三细线的方向 子秤的示数F2.(4)根据平行四边形定则作出F1、 以及电子秤的示数F,(3)已经记录了一个分力的 F2的合力F的图示，若F和F'在误差允许范围内 大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O位置 重合，则平行四边形定则得到验证 不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点 [答案](1)静止(2)三细线的方向(3)结点O O的位置和三根细线的方向与(2)中重合，记录电 的位置 (4)F和F′在误差允许范围内重合 格物致用2]生活中无处不在的平衡问题 学生用书P39 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 晴景1】 现代科技类 [典例3]图甲为家庭常 用的燃气灶实物图，灶 [典例1]“雪龙2号”是我国第一艘自主建造的极地 面上有一个支架.共有 破冰船，能够在1.5米厚的冰层中连续破冰前行. 四个均匀分布的支承 破冰船前行过程中，在船头相对冰层滑动时，碎冰 乙 面，对放在上面的厨具 块对船体弹力和摩擦力的示意图正确的是( ) 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 冰层 冰层 α角.蒸锅和里面的食物总计重为G,则每个支承面 N碎冰块 给蒸锅的支持力为（忽略蒸锅和支承面之间的摩 擦力) A.9 B. G C.sin d G D.- G A4cos a Atan a 船体 船体 [解析]B[对蒸锅进行受力分析可得4 Fxcos a 冰层 冰层 G =G,解得F支 ,A、C、D错误，B正确.] 碎冰块 4cos a 晴景3 灾难救援类 [典例4幻山区强降雨会导致山洪暴发，人处在山洪 [解析]A[船体对冰块的弹力垂直于接触面， 之中会有生命危险.如图甲所示，山洪暴发，某些人 指向受力物体；摩擦力与相对运动方向相反，故 处在一定倾角的斜面上，正被山洪冲击，救援人员 选A.] 投下缆绳，处在危险中的人员用力拉住缆绳，该过 情景2 日常生活类 程可抽象为如图乙所示.山洪对人的作用力可表示 [典例2]如图所示，一梯子斜靠在 为F=kS,其中k=1000kg/m3,S是人体浸入 光滑的竖直墙壁上，下端放在粗糙 水中的横截面积，为山洪流速.斜面由于水的冲 的水平地面上，某工人站立于梯子 刷非常光滑，人和斜面间的摩擦力可忽略.已知当 上，下列说法正确的是 ( 人体浸人水中横截面积为0.02m2,洪水流速为 A.地面对梯子的摩擦力方向水平 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,求当人体浸入水中横截面积为 向右 0.04m,洪水流速为5m/s时，为了使人能静止， B.人和梯子组成的系统受三个力 则缆绳给人的拉力的最小值为多少？(g取10m/s2) 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 [解析]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 [解析]当人体浸入水中横截面积为0.02m2,洪 误；人和梯子组成的系统在竖直方向上受重力、地 水流速为3m/s时，洪水冲击力F,=kS0= 面的支持力，因为墙光滑，所以竖直墙对梯子没有 180N, 摩擦力；在水平方向上，受到竖直墙壁水平向右的 根据平衡条件得F-F1一mng sin a=0, 支持力和地面水平向左的摩擦力，共四个力作用， 当人体浸入水中的横截面积为0.04m,洪水流速 故B错误；对人受力分析，人受到竖直向下的重力， 为5m/s时，洪水冲击力F2=kS'u2=1000N, 据平衡条件，梯子对工人的作用力竖直向上与重 根据平衡条件得F'一F2一mg sin a=O,可得缆绳 力平衡，故C正确；地面对直梯的作用力为支持力 此时给人的拉力的最小值为F=1120N. 和摩擦力的合力，方向斜向左上方，故D错误.门 [答案]1120N ·53·