第4章 第1节 第1课时 共点力的合成 实验：探究两个互成角度的力的合成规律（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高一物理必修第一册学习笔记（鲁科版）

该高中物理课件聚焦共点力的合成及平行四边形定则，通过生活情境（两人与一人提购物篮等效）导入，梳理共点力、合力与分力概念，结合实验探究步骤及习题，搭建从概念到规律应用的学习支架。 其亮点是以实验探究为核心，融入等效替代思想（科学思维），通过规范实验操作（科学探究）及高考题、期末题实例，帮助学生形成物理观念，提升科学探究能力，教师可借助系统结构高效开展教学。

共点力的合成　 实验：探究两个互成角度的力的合成规律 第1课时 第 4 章 　 第 1 节 1.知道共点力的概念。 2.利用等效替代的思想掌握合力和分力的关系(重点)。 3.会探究两个互成角度的力的合成规律(重难点)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、共点力的合成 二、探究两个互成角度的力的合成规律 < 一 > 共点力的合成 生活中常有这样的情境：两个人可将购物篮提起使其处于静止状态(如图)，一个人也可将这个购物篮提起使其处于同样状态。 问：F1和F2的作用效果与F是否相同？二者能否等效替代？ 答案　作用效果相同，二者能等效替代。 1.共点力 如果几个力同时作用在物体上的_______，或它们的作用线____________，这几个力就叫作共点力。 2.合力与分力 当物体同时受到几个力作用时，我们可用一个力来代替它们，且产生的_________相同，这个力就叫作那几个力的_____，那几个力叫作这个力的_____。 梳理与总结 同一点 相交于同一点 作用效果 合力 分力 3.合力与分力的关系 合力与分力之间是一种_________的关系，合力作用的_____与分力共同作用的效果相同。 等效替代 效果 (1)合力F的作用效果一定与两分力F1、F2共同作用产生的效果相同。 (　　) (2)两分力F1、F2一定是同种性质的力。(　　) (3)两分力F1、F2一定是同一个物体受到的力。(　　) (4)两分力F1、F2与合力F是物体同时受到的三个力。(　　) √ × √ × 返回 易错辨析 < 二 > 探究两个互成角度的力的合成规律 (一)实验目的 1.探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系。 2.学习用等效的思想探究矢量合成的方法。 (二)实验器材 木板、_______、细线、___________、图钉、白纸、铅笔、刻度尺、三角板。 (三)实验原理与设计 两个互成角度的共点力F1和F2作用于某一物体，并产生明显的作用效果；然后用一个力F来代替F1和F2，产生同样的作用效果。测出F1、F2和F，比较它们的大小和方向，找出其中的规律。 橡皮筋 弹簧测力计 (四)实验步骤 1.如图(a)所示，在铺有白纸的木板上，将橡皮筋一端用图钉固定于A点，另一端与两细线打一个结点B。两细线分别挂上弹簧测力计。 2.如图(b)所示，分别用力拉两只弹簧测力计，用铅笔标出结点B被拉伸到的位置，记为O点。记下此时两只弹簧测力计的示数F1、F2，并沿两细线标记出力的_____。 3.如图(c)所示，用力拉一只弹簧测力计，同样将结点B拉到____，记下此时弹簧测力计的______，并 沿细线标记出力的_____。 4.用力的图示画出F1、F2及F。 方向 O处 示数F 方向 (五)数据分析 比较F1、F2、F的大小和方向，能否看出三者之间的关系。试一试，将F1、F2、F的箭头端用虚线连起来，能否找出规律并进行论证。 (六)实验结论 F是F1、F2的合力，F1、F2和F满足_______________关系。 平行四边形定则 (七)注意事项 1.结点的位置O点 同一次实验中橡皮筋拉长后的O点必须位于_________。 2.拉力 (1)用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向； (2)应使橡皮筋、弹簧测力计和结点位于与纸面_____的同一平面内； (3)两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小。F1、F2所拉的两根细线适当长一些，记录细线方向的两点要尽量远些。 同一位置 平行 3.作图 (1)在同一次实验中，选定的比例要_____； (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。 相同 　(2023·全国乙卷)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤： (1)用图钉将白纸固定在水平木板上。 例1 (2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并　　　。(多选，填正确答案标号) A.用刻度尺量出橡皮条的长度 B.用刻度尺量出两细线的长度 C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置 D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向 CD 用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向。故选C、D。 (3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到　　　　　，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。  相同位置 撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。 (4)选择合适标度，由步骤(2)的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F'的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。 (5)比较F'和F的　　　　　　，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。  大小和方向 比较F'和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 　(2024·莆田市高一期末)有同学利用如图所示装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，并固定两个光滑的滑轮A和B，三根绳子打一个结点O，各绳另一端均连接钩码，各钩码质量均相等，当系统如图达到平衡时，根据钩码个数可读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题： (1)若某次实验中钩码个数N1=2，N2=5，则N3可能 等于　　(填正确答案标号)。  A.2 B.4 C.8 D.9 例2 B N1、N2钩码的重力的合力大小应该等于N3钩码的重力，由三角形知识应有N2-N1<N3<N2+N1 即3<N3<7，故选B。 (2)在实验过程中，关于实验操作和相关要求，下列说法正确的是______ (填选项前字母)。  A.实验中三段绳子应与竖直木板平行 B.实验中需要用天平测出一个钩码的质量 C.在某两次实验中，O点位置可以不同 D.实验中需要用量角器量出三段绳子之间的夹角 AC 实验中绳子与木板平行才能在木板平面更好地完成实验，A正确； 实验中只要知道三根绳子的拉力关系就能作图验证力的平行四边形定则，因此不需要测出钩码的质量，B错误； 由于每次实验都能进行一次验证，故两次实验中O点的位置可以不同，C正确； 实验中以F1、F2为邻边作平行四边形验证，无需测夹角，D错误。 (3)通过实验，该同学用作图法作出了两个图，如图甲、乙所示，你认为图示中　　(填“甲”或“乙”)是正确的。  甲 实验中F3方向应沿OC竖直方向，所以甲图正确。 　(2024·厦门双十中学高一期末)某实验小组用一只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，设计的实验装置如图。固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点，另一端系绳套1和绳套2。 (1)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，使橡皮筋的结点到达O点，记下弹簧测力计的示数F； 例3 ②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点达到O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，此时弹簧测力计的示数为F1； ③根据力的平行四边形定则计算绳套1和绳套2的合力F'=　　　；  ④比较　　 　　，即可初步验证力的平行四边形定则；  F1 比较F与F'在误差允许的范围内相同 根据力的平行四边形定则，计算绳套1的拉力为F1=F'tan 30° 解得F'=F1 比较F和F'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沿120°方向缓慢转动到180°方向，此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动，且保证两绳套间的夹角为120°不变。关于绳套2的拉力大小的变化，下列结论正确的是　　(填选项序号)。  A.逐渐增大 B.先增大后减小 C.逐渐减小 D.先减小后增大 C 返回 设绳套1与竖直方向夹角为θ1，绳套2与竖直方向夹角为θ2，两个绳套在转动过程中，合力保持不变，设合力大小为F，根据正弦定理得 = 由于θ1由90°逐渐减小，因此绳子2 的拉力F2也逐渐减小，C正确，A、B、D错误。 < 三 > 课时对点练 题号 1 2 3 答案 C (1)是　(2)B　(3)B (1)BD　(2)BD　(3)F' 题号 4 5 答案 (1)B　(2)3.50　(3)A (1)AB　(2)3.8　(3)F　 (4)弹簧自身重力的影响　80.0 对一对 答案 1 2 3 4 5 1.以下说法正确的是 A.分力与合力同时作用在物体上 B.作用在不同物体上的两个力F1、F2也可以合成 C.共点力不一定作用于物体上的同一点 D.作用于同一物体上的所有力都是共点力 √ 1 2 3 4 5 答案 为研究方便，可采用分力与合力的等效代替对物体进行研究，并非分力与合力同时作用在物体上，故A错误； 只有同一个物体受到的力才能合成，B错误； 作用在同一物体上，延长线或反向延长线相交于同一点的几个力称为共点力，这几个力并非一定要作用在同一点，故C正确； 若物体不能被看成质点，作用在物体上的各个力不一定都相交于同一点，故D错误。 1 2 3 4 5 答案 2.(2024·厦门市杏南中学月考)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，把橡皮筋的一端用图钉固定在A点，另一端用两根细线打一个结点B，两根细线分别挂上一只弹簧测力计，如图(a)所示。 1 2 3 4 5 答案 (1)实验中，弹簧测力计是否必须与木板保持平行。 　　(填“是”或“否”)。  是 本实验要在木板所在平面作力的图示，为了减小误差，弹簧测力计必须保持与木板平行。 (2)读数时，视线要　　弹簧测力计刻度。  A.斜视 B.正对 1 2 3 4 5 答案 B 读数时视线要正对弹簧测力计的刻度，减小读数的偶然误差。故选B。 (3)撤去一只弹簧测力计，只用一个力F拉弹簧测力计，如图(c)所示，为使作用效果与图(b)中两个力F1和F2共同作用时相同，必须将结点B拉到 　　　。  A.O点附近 B.O点 1 2 3 4 5 答案 B 为保证力F与两个力共同作用时的作用效果相同，必须使结点拉到同一位置O。故选B。 3.(2024·厦门双十中学高一月考)在做“验证力的平行四边形定则”的实验时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条。某 1 2 3 4 5 答案 同学的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB与OC均为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。 (1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的　 　(填字母代号)。  A.将橡皮条拉伸相同长度即可 B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度 D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 1 2 3 4 5 答案 BD 两次拉伸橡皮条，为了保证效果相同，应将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，即将橡皮条沿相同方向拉到相同长度。故选B、D。 (2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是 　　　。  A.两细绳必须等长 B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行 C.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大 D.拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些 1 2 3 4 5 答案 BD 1 2 3 4 5 答案 为了减小记录拉力方向带来的误差，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，但两细绳不需要等长，故A错误，D正确； 为了减小误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，故B正确； 用两弹簧秤同时拉细绳时，两弹簧秤的拉力应适当大一些，不是两弹簧秤示数之差尽可能大，故C错误。 (3)如果没有操作失误，图乙中的F与F'两力中，方向一定沿AO方向的是　　　。  1 2 3 4 5 答案 F' 图乙中的F是通过平行四边形定则得到的合力理论值，F'是通过一个弹簧测力计拉橡皮条得到的合力实验值，根据二力平衡可知，方向一定沿AO方向的是F'。 4.(2024·厦门市高一期末)在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，橡皮条的另一端系两根细绳，细绳另一端带有绳套。先用两个弹簧测力计分别勾住绳套并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条的结点达到某一位置O，并记下该点的位置O；再单独用一个弹簧测力计将橡皮条的结点拉到同一位置O点。 (1)本实验采用的科学方法是　　。  A.理想实验 B.等效替代法 C.控制变量法 D.建立物理模型法 1 2 3 4 5 答案 B 本实验用一个弹簧测力计拉橡皮条产生的力的作用效果替代两个弹簧测力计拉橡皮条产生的力的作用效果，应用了等效替代法。故选B。 1 2 3 4 5 答案 (2)某次实验中用一个弹簧测力计拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点达到O点，弹簧测力计的示数如图甲所示，则 F'=　　　 N。  1 2 3 4 5 答案 3.50 由题图甲可知，弹簧测力计的分度值为0.1 N，需要估读到分度值下一位，读数为3.50 N； (3)如图乙是某次实验中小李、小张、小王三位同学通过两块三角板来绘制平行四边形的情况，其中正确的是　　。  A.小李同学固定b三角板， 移动a三角板 B.小张同学固定b三角板， 移动a三角板 C.小王同学固定b三角板， 移动a三角板 1 2 3 4 5 答案 A 小李同学固定b三角板，移动a三角板，由图可知，向下移动a三角板，可作出与F1平行的边，故A正确； 由图可知，小张应向下移动a三角板，作出与F1平行的边，但题图所示位置无法向下移动a三角板，故B错误； 由图可知，应向左移动a三角板，作出与F2平行的边，但题图所示位置无法向左移动a三角板，故C错误。 1 2 3 4 5 答案 5.(2024·厦门双十中学高一期中)某同学用橡皮条与弹簧测力计验证“力的平行四边形定则”，实验装置如图甲所示。其中A为固定橡皮条的图钉，OB和OC为细绳套。 1 2 3 4 5 答案 (1)在做本实验时，下列操作中正确的有　　　。  A.同一次实验过程中O点位置应相同 B.实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要 正对弹簧测力计刻度 C.实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只 需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点 D.实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两弹簧测力计之间夹角应取 90°，以便于算出合力的大小 1 2 3 4 5 答案 AB 要保证力的作用效果相同，同一次实验过程中O点位置应相同，故A正确； 实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度，可以减小实验误差，故B正确； 如果先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，再调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向时，有可能导致原来弹簧测力计的弹力超过最大量程，实验时两弹簧测力计应同时拉动，大小和夹角合适，把橡皮条另一端拉到O点，弹簧测力计的读数大小适当，便于做平行四边形即可，并非要求一定达到最大量程，故C错误； 实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两弹簧测力计之间夹角取适当角度即可，不需要必须垂直，故D错误。 1 2 3 4 5 答案 (2)某一次实验中，用一个弹簧测力计拉橡皮条使橡皮条与细绳套的结点到达O点，弹簧测力计的示数如图乙所示，此时橡皮条的弹力大小为　　 N；  1 2 3 4 5 答案 3.8 弹簧测力计最小分度值为0.2 N，根据题图乙可得橡皮条的弹力大小为3.8 N； (3)根据实验数据，该同学画出如图丙所示的图，图中 　　是F1、F2合力的理论值(选填“F”或“F'”)；  1 2 3 4 5 答案 F F是通过平行四边形定则作出的，是合力的理论值；F'是合力的实验值，根据二力平衡，F'方向一定沿橡皮条AO； (4)实验结束后，该同学取下其中一个弹簧测力计的弹簧来探究“弹簧所受弹力F与弹簧形变量x的关系”，绘出如图丁所示的图像，请你帮助分析：图像不过原点的主要原因可能是_______________ 　　 ，弹簧的劲度系数为　 　 N/m。  1 2 3 4 5 答案 弹簧自身重力的 影响 80.0 根据题图丁可知，弹力为0时，x不为0，表明弹簧没有施加拉力时，已经有一定的形变量，可知图像不过原点的原因是弹簧自身存在重力；题图丁中斜率表示弹簧的劲度系数，即k= N/m=80.0 N/m。 返回 本课结束 第 4 章 　 第 1 节 $