第2章 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律-【优化探究】2027年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

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原理、器材使用、数据处理、误差分析四大考查维度，通过近年考情分析明确原型实验（占比约60%）和创新设计（占比约40%）的考点权重，归纳原理辨析、动态分力分析、器材创新应用等常考题型。 课件亮点在于“基础实验规范+创新题型突破”的备考路径，如以典例2胡克定律计算弹簧弹力、典例5动态分析分力变化为载体，培养科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究（实验设计、证据处理）素养。提供误差分析技巧（读数正视、作图用刻度尺）和创新实验应对策略，助力学生掌握得分要点，教师可据此实施精准教学，提升复习效率。

第二章　相互作用——力 实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 实验技能　梳理必备知识 实验要点　强化关键能力 内容索引 实验技能　梳理必备知识 一 4 基本实验要求 1.实验原理 如果两个互成角度的力F1、F2作用于挂在橡皮条一端的小圆环上,与只用一个力F作用于小圆环上都能使小圆环伸长到同一点,也就是作用效果相同,则F为F1和F2的合力,用同一标度作出F1、F2及F的图示,用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,看所围成的形状是否为平行四边形。 2.实验器材 力的关系探究装置、三角板、刻度尺、铅笔。 3.实验步骤 (1)将夹子夹在“力的关系探究装置”的“0”号射线顶端。 (2)如图(a)所示,分别将弹簧测力计连接在两根细绳的末端,沿任意两条射线方向拉细绳,使汇力圆环与平板上的定位圆重合。用铅笔在平板上记下这两个拉力的大小和方向。 (3)如图(b)所示,直接用一个弹簧测力计拉细绳,同样使汇力圆环与平板上的定位圆重合,用铅笔在平板上记下这个拉力的大小和方向。 (4)在平板上用力的图示法作出三个力,如图(c)所示,观察这三个力所构成的几何图形。 (5)改变第(2)步中两个拉力的大小和方向,重复上述实验步骤。 基本实验方法 1.正确使用弹簧测力计 (1)将两个弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中,读数相同,可选;若不同,应另换或调校,直至相同为止。 (2)使用时,读数应尽量大些,但不能超出弹簧测力计量程。 (3)拉力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致。 (4)读数时应正对、平视刻度。 2.注意事项 (1)位置不变:在同一次实验中,橡皮条拉长时结点的位置一定要相同,这是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用效果相同,利用了等效替代的思想。 (2)角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~120°之间为宜。 (3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些。细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。 (4)统一标度:在同一次实验中,画力的图示时选定的标度要相同,并且要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。 3.误差分析 (1)误差来源:除弹簧测力计本身的误差外,还有读数误差、作图误差等。 (2)减小误差的办法 ①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘,要按有效数字位数要求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,并借助三角板,一定要使表示两力的对边平行。 二 实验要点　强化关键能力 12 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 [典例1]　(2026·广东广州模拟)某同学为了“验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则”,设计了如图(a)所示的实验装置。 (1)实验装置介绍与实验操作如下: ①该装置固定在竖直平面内,橡皮筋一端用夹子固定在该实验装置上,橡皮筋另一端套在汇力圆环上,用两只弹簧测力计和只用一只弹簧测力计通过套在汇力圆环的细绳拉橡皮筋时,使汇力圆环每次都与定位圆重合,定位圆在夹子的正下方。 ②记录每次弹簧测力计的读数和细绳的方向,选定标度作图。 ③多次实验重复以上步骤。 (2)回答下列问题: ①本实验使汇力圆环每次都与定位圆重合的作用是:________________ 　 ;  ②作出两个分力的图示和合力的图示如图(b)所示,F与F'中,方向一定沿竖直方向的是　　　　(选填“F”或“F'”)。   作用的效果与一个力单独作用的效果相同 保证两分力共同 F' [解析]　①本实验使汇力圆环每次都与定位圆重合的作用是保证两分力共同作用的效果与一个力单独作用的效果相同。 ②F为作图得到的两分力的合力的图示,F'为由一个弹簧测力计将汇力圆环拉到与定位圆重合时的力的图示,F与F'中,方向一定沿竖直方向的是F'。 (3)在保证汇力圆环与定位圆重合的前提下,其中一个分力对应的细绳方向不变,弹簧测力计示数变大,则另一个分力对应的大小和方向可能的情况是　　　　。   A.方向不变,大小不变 B.方向改变,大小不变 C.方向改变,大小变大 D.方向改变,大小变小 BCD [解析]　保证汇力圆环与定位圆重合即合力F不变,其中一个分力对应的细绳方向不变,弹簧测力计示数变大,由三角形定则作图分析可得另一个分力对应的大小和方向可能的情况,如图所示。方向不变,大小不变,A错误;方向改变,大小不变,B正确;方向改变,大小变大,C正确;方向改变,大小变小,D正确。 角度2　数据处理与分析 [典例2]　某同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中,利用了以下器材: 两个轻弹簧A和B、白纸、方木板、橡皮筋、图钉、细线、钩码、刻度尺、铅笔。 实验步骤如下: (1)用刻度尺测得弹簧A的原长为6.00 cm,弹簧B的原长为8.00 cm。 (2)如图甲所示,分别将弹簧A、B悬挂起来,在弹簧的下端挂上质量m=100 g的钩码。钩码静止时,测得弹簧A长度为6.98 cm,弹簧B长度为9.96 cm。重力加速度g取9.8 m/s2,忽略弹簧自重的影响,两弹簧的劲度系数分别为kA=　　　N/m,kB=　　　　N/m。  100 50 [解析]　根据胡克定律,两弹簧的劲度系数分别为 kA== N/m=100 N/m, kB== N/m=50 N/m。 (3)如图乙所示,将木板水平固定,再用图钉把白纸固定在木板上。将橡皮筋一端固定在M点,另一端系两根细线,弹簧A、B一端分别系在这两根细线上,互成一定角度同时水平拉弹簧A、B,把橡皮筋结点拉到纸面上某一位置,用铅笔描下结点位置记为O。测得此时弹簧A的长度为8.10 cm,弹簧B的长度为11.80 cm,并在每条细线的某一位置用铅笔记下点P1和P2。 (4)如图丙所示,取下弹簧A,只通过弹簧B水平拉细线,仍将橡皮筋结点拉到O点。测得此时弹簧B的长度为13.90 cm,并用铅笔在此时细线的某一位置记下点P,此时弹簧B的弹力大小为F'=　　　　N(计算结果保留三位有效数字)。  2.95 [解析]　弹簧B的弹力大小为F'=kBΔxB'=50×(0.139 0-0.08)N=2.95 N。 (5)根据步骤(3)所测数据在图丁中按照给定的标度作出弹簧A的拉力FA、弹簧B的拉力FB的图示。根据平行四边形定则作出它们的合力F的图示,测出F的大小为　　 　　N(结果保留三位有效数字)。  [答案]　图见解析 2.90(2.80~2.95均正确) [解析]　由胡克定律可得 FA=kAΔxA=100×(0.081 0-0.06)N=2.10 N, FB=kBΔxB=50×(0.118 0-0.08)N=1.90 N, 画出两个力的合力如图所示,由图可知合力F≈2.90 N。 [解析]　作出力的图示如图所示。 (6)再在图丁中按照给定的标度作出F'的图示,比较F与F'的大小及方向的偏差,若均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则。 [答案]　图见解析 命题点二　实验创新设计 角度1　实验器材创新 [典例3]　如图所示,某实验小组的同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解。A、B为两个相同的双向力传感器,该型号传感器在受到拉力时示数为正,受到压力时示数为负。A连接质量不计的细绳,可沿固定的板做圆弧形移动。B固定不动,通过光滑铰链连接长0.3 m的杆。将细绳连接在杆右端O点构成支架。保持杆在水平方向,按如下步骤操作:(g取10 m/s2) ①测量绳子与水平杆的夹角θ; ②对两个传感器进行调零; ③用另一根绳在O点悬挂一个钩码,记录两个传感器的示数; ④取下钩码,移动传感器A改变θ角。 重复上述实验步骤,得到数据如下表。 F1 1.001 0.580 … 1.002 … F2 -0.868 -0.291 … 0.865 … θ 30° 60° … 150° … (1)根据表格,A传感器对应的是表中力　　　　(选填“F1”或“F2”)。钩码质量为　　　　kg(保留一位有效数字)。  [解析]　 A传感器中的力均为正值,故A传感器对应的是表中力F1。平衡时,mg=F1sin θ,当θ=30°时,F1=1.001 N,可求得m≈0.05 kg。 F1 0.05 (2)本实验中多次对传感器进行调零,对此操作说明正确的是　　　　。  A.因为事先忘记调零 B.何时调零对实验结果没有影响 C.为了消除横杆自身重力对结果的影响 D.可以完全消除实验的误差 [解析]　在挂钩码之前对传感器进行调零,目的是消除横杆自身重力对结果的影响,故C正确。 C 角度2　实验设计创新 [典例4]　某兴趣小组的同学为了验证“两个互成角度的力的合成规律”,设计了一个实验方案。在圆形桌子桌面上平铺一张白纸,在桌子边缘安装三个光滑的滑轮(滑轮上侧所在平面与桌面平行),滑轮P1固定,滑轮P2、P3可沿桌边移动,如图所示。可供选择的实验器材有:刻度尺、三角板、铅笔、白纸、一根橡皮筋、三根细线、质量相同的钩码若干。 部分实验操作步骤如下: ①将橡皮筋中央处和两端点分别与三根细线相连; ②将连在橡皮筋中央的细线跨过固定滑轮P1,连接橡皮筋两端点的细线跨过可动滑轮P2、P3; ③在三根细线的下端分别挂上一定数量的钩码,使连在橡皮筋中央的细线与橡皮筋的结点O静止。 (1)为完成本实验,下列物理量必须测量或记录的是　　　　。  A.橡皮筋的原长 B.两端橡皮筋伸长后的长度 C.钩码的质量 D.三根细线所挂钩码的个数 [解析]　橡皮筋伸长后的拉力大小等于所挂钩码的重力,所以钩码的个数必须测量;又钩码质量相同,则不用测量钩码的质量;橡皮筋的原长和伸长后的长度不用测量。故选D。 D (2)在完成本实验的过程中,下列操作或描述正确的是　　　　。  A.连接橡皮筋两端点的细线长度必须相同 B.细线OP1必须在OP2与OP3夹角的角平分线上 C.记录图中O点的位置和OP1、OP2、OP3的方向 D.不改变OP1所挂钩码的个数和OP1的方向,改变OP2与OP3的夹角重复实验,O点不用在桌面上同一位置 CD [解析]　连接橡皮筋两端点的细线长度不影响橡皮筋的拉力大小,故长度不用相同,A错误;细线OP1上力的方向与细线OP2、OP3上两力的合力方向相反,由于OP2、OP3上两力的合力方向是任意的,故OP1不需要在OP2与OP3夹角的角平分线上,B错误;实验中,需要测量OP1、OP2和OP3上力的大小和方向,故必须记录图中O点的位置和OP1、OP2、OP3的方向以及结点O静止时三根细线所挂钩码的个数,C正确;不改变OP1所挂钩码的个数和方向,改变OP2与OP3的夹角重复实验,OP1上力的大小保持不变,另两个力的合力只要跟它等大反向即可保持O点平衡,故O点的位置可以改变,D正确。 (3)实验中,若桌面不水平　　　　(选填“会”或“不会”)影响实验的结论。  [解析]　若桌面不水平,三根细线上的拉力大小也为各自所挂钩码重力大小,不会影响实验结论。 不会 角度3　数据处理创新 [典例5]　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; 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 F与F'的大小 [解析]　③根据力的平行四边形定则可知,绳套1的拉力为F1=F'tan 30°=F', 则绳套1和绳套2的合力F'=F1。 ④比较F和F'的大小,若它们在误差允许的范围内相等,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°方向不变,此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动。关于绳套1的拉力大小的变化,下列结论正确的是　　　　。  A.逐渐增大　　　　　　 B.先增大后减小 C.逐渐减小 D.先减小后增大 D [解析]　绳套1在转动过程中,两个绳套的合力保持不变,根据平行四边形定则画出图像,如图所示, 根据图像可知,绳套1的拉力先减小后增大,绳套2的拉力逐渐减小,故D正确,A、B、C错误。 $