第13讲 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律-【衡中学案】2027年高考物理一轮总复习学案

FN 组别 5 钩码质量(g) 50 100 150 200 250 标尺刻度x/cm 12.9815.0017.1018.2021.10 (3)根据该同学的数据，请在图乙中描点、画出弹 簧弹力F与弹簧长度x之间的关系图线，并得到该弹 簧的劲度系数k= N/m。(保留三位有效数 字，g取9.8m/s2) 05.010.015.020.025.0 之 考点二 创新实验提升 列胞(202心5·四川卷，1题某学习小组利用生适 (2)将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳 中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关 跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小 系”实验。已知水的密度为1.0×103kg/m3,当地重力 加速度为9.8m/s2。实验过程如下： 桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2 所示。 (3)用带有刻度的杯子量取50mL水，缓慢加到小 桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并 I cm 记录数据。按此步骤操作6次。 图1 (4)以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为 纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率 040 为200m2。由此可得该弹簧的劲度系数为 N/m(结果保留2位有效数字)。 V/m 图3 (5)图3中直线的截距为0.0056m,可得所用小 (1)将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在 桶质量为 kg(结果保留2位有效数字)。 较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零 刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可 温馨提示：复习至此，请完成练案[12] 得弹簧原长为 cmo 第13讲 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律 学习目标 命题热点 (1)本实验高考中着重考查实验操作、实验误 (1)理解实验原理。 差和数据处理。 (2)会通过实验探究两个互成角度的力的合成规律，掌握数 (2)创新实验主要考查通过三力平衡问题探 据处理方法。 究两个互成角度力的合成规律。 考点一 教材原型实验 一，实验原理 2.作出力F,、F2和F的图示，再根据平行四边形 1.一个力F的作用效果和两个力F,、F2的作用效 定则作出力F,和F,的合力F'的图示。 果都是让同一条一端固定的橡皮筋伸长到同一点，所 3.比较F和F'的大小和方向，若在实验误差允许 以力F就是这两个力F和F2的合力。 范围内相等，则可说明两个共点力的合成遵循平行四 边形定则。 二、实验器材 (2)位置不变：在同一次实验中，将橡皮条拉长时 方木板、白纸、弹簧测力计（两个）、橡皮条、轻质结点的位置一定要相同。 小圆环、三角板、刻度尺、图钉（若干）细绳，铅笔。 (3)角度合适：两个弹簧测力计所拉细绳套的夹 三、实验步骤 角不宜太小，也不宜太大。 1.装置安装：在方木板上用图钉固定一张白纸，如 图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡 (4)在不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限 皮条的原长为GE。 度内的前提下，测量数据应尽量大一些。 (5)细绳套适当长一些，便于确定力的方向。不 要直接沿细绳套方向画直线，应在细绳套两端画投影 点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向。 0 3.规范作图：在同一次实验中，画力的图示选定的 E E 标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大 G G G 些。 m 向】数据处理和误差分析 2.两力拉：如图乙，在小圆环上系上两个细绳套， 用手通过两个弹簧测力计互成角度地共同拉动小圆 列01224：海南卷·15题)为验证两个互成角度 环，小圆环处于O点，橡皮条伸长的长度为E0。用铅 的力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力 笔描下 ,并记录两弹簧测力计的示 计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细 数F、F2o 线和图钉等器材，按照如下实验步骤完成实验： 3.一力拉：如图丙，改用一个弹簧测力计单独拉住 小圆环，仍使它处于 ,记下细绳套的方向和弹 0 041 簧测力计的示数F。 怡 怡 P1· P 4.重复实验：改变拉力F,和F,的大小和方向，重 P o 复做两次实验。 F 四、数据处理 1.用铅笔和刻度尺在O点按选定的标度画出F、 F,和F2三个力的图示，如图所示。 甲 a N (I)用图钉将白纸固定在水平木板上； (Ⅱ)如图甲、乙所示，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 2.比较F是否是以F,和F,为邻边所作的平行四 环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用两个弹簧测力 边形的对角线。 计共同拉动小圆环到某位置，并标记圆环的圆心位置 3.对其他两次实验也做上述处理 为O点，拉力F,和F2的方向分别过P,和P2点，大小 五、注意事项 分别为F1=3.60N、F2=290N:撤去拉力F1和F2,改 1.弹簧相同：使用弹簧测力计前，要先观察指针是 否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指 用一个弹簧测力计拉动小圆环，使其圆心到0点，在拉 针，使它指在零刻度处，再将两个弹簧测力计的挂钩钩 力F的方向上标记P,点，拉力的大小为F=5.60N。 在一起，向相反方向拉，两个测力计的示数相同方可 请完成下列问题： 使用。 (1)在图乙中按照给定的标度画出F1、F2和F的 2.规范实验操作 图示，然后按平行四边形定则画出F,、F2的合力F'。 (1)实验时，弹簧测力计必须保持与木板 (2)比较F和F,写出可能产生误差的两点原因： 且拉力应沿轴线方向。弹簧测力计的指针、拉杆都不 d 要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生摩擦。 音向2实验操作 A.用刻度尺量出橡皮条的长度 例0(2023，全国乙卷，9题在“验证力的平行四 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 边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白 D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向 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： (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 (1)用图钉将白纸固定在水平木板上。 细线标记此时F的方向。 (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 (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F,和F2的合成图，得出合 ~端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木 力F的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的 板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两 图示。 个测力计的示数得到两拉力F,和F2的大小，并 (5)比较F'和F的 ,从而判断本次实验 。(多选，填正确答案标号) 是否验证了力的平行四边形定则。 考点二 创新实验提升 1.实验原理的创新：利用三力平衡，做出两个力的 F/N 1.001 0.580 1.002 … 图示及他们的对角线，比较对角线与另外一个力是否 F2/N -0.868 -0.291 …… 0.865 等大反向。 042 30° 60° … 150° 2.实验器材的创新：用力传感器、钩码代替弹簧测 力计。 (1)根据表格，A传感器对应的是表中力 例回如图所示，某实验小组厨学利用DS实验装置 (选填“F,”或“F2”)。钩码质量为 kg(g取 研究力的平行四边形定则，A、B为两个相同的 10m/s2,结果保留1位有效数字)。 (2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作 双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正， 说明正确的是 受到压力时读数为负。A连接质量不计的细绳，可沿 A.因为事先忘记调零 固定的圆弧形轨道移动。B固定不动，通过光滑铰链 B.何时调零对实验结果没有影响 连接长为0.3m的杆。将细绳连接在杆右端O点构成 C.为了消除水平杆自身重力对结果的影响 支架。保持杆在水平方向，按如下步骤操作： D.可以完全消除实验的误差 (3)实验中，让A传感器沿圆心为0的圆弧形（而 不是其他形状)轨道移动的主要目的是 A.方便改变A传感器的读数 B.方便改变B传感器的读数 ①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB=0; C.保持杆右端0的位置不变 ②对两个传感器进行调零： D.方便改变细绳与杆的夹角0 ③用另一根绳在0点悬挂一个钩码，记录两个传 感器的读数； 温馨提示：复习至此，请完成练案[13] ④取下钩码，移动传感器A改变0角，重复上述实 验步骤，得到表格。(3)取题图乙中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入F=kx,可得k= 200N/m,由于弹簧自身存在重力，使得弹簧不加外力时就有形 变量。 (4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。 考向2 例2：(1)9.95(3)见解析图24.1 [解析](1)根据刻度尺的读数规则，刻度尺的读数为9.5cm。 (3)根据表格数据，将点补充完整，然后作出的图像如下图 所示： ◆FN 2.0 1.5 1.0 →x/cm 05.010.015.020.025.0 图像斜率k= 2.5-0.49N 0.211-0.1298m =24.1N/me 考点二创新实验提升 例3：(1)13.14/13.15(4)49(5)0.028 [解析](1)该刻度尺的分度值为0.1cm,应估读到分度值的 后一位，故弹簧原长为13.14cm。 (4)由胡克定律可知mg+pVg=kx 化筒可得x=鸣V+ms 由图像可知坚=200m2 代入数据解得该弹簧的劲度系数为k=49N/m。 (5)由图可知"m=0.0056m 代入数据可得所用小桶质量为m=0.028kg。 第13讲实验三探究两个互成角度的力的合成规律 考点一教材原型实验 三、2.0点位置细绳套的方向3.0点 五2.(1)平行 考向1 例1：(1)见解析图(2)①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都 与木板平行：②读数时没有正视弹簧测力计 [解析](1)按照给定的标度画出F、F2和F的图示，然后按 平行四边形定则画出F、F,的合力F',如图所示 P P2 (2)F和F产生不完全重合的误差可能是因为：①没有做到弹 簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧 测力计。 考向2 例2：(2)CD(3)(2)中相同位置(5)大小和方向 [解析](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F 和F,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CD。 (3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到(2)中相同 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。 (5)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，若两者在误差允许范围内一致则验证了 力的平行四边形定则。 考点二创新实验提升 例3：(1)F,0.05(2)C(3)C [解析](1)A传感器中的力均为拉力，为正值，故A传感器对 应的是表中力F,平衡时mg=Fsin0,当0=30°时，F= 1.001N,可得钩码质量m≈0.05kg。 (2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，是为了消除水平杆自身 重力对结果的影响，故C正确。 (3)让A传感器沿圆心为O的圆弧形轨道移动的过程中，传感 器与O点的距离保持不变，即保持杆右端0，点位置不变，故A、 B、D错误，C正确。 第三章运动和力的关系 第14讲牛顿第一定律牛顿第二定律 考点一牛顿第一定律惯性 1.(1)匀速直线运动静止(2)不能 (3)惯性维持改变加速度 2.(1)匀速直线运动(2)大小(3)无关 易错辨析 1.×2.×3.×4.× 自主验收 1.D惯性的大小只取决于物体的质量，和物体的运动状态无关， 故A错误；当油罐车加速前进时，由于惯性油向后涌动，所以油 的液面应前低后高，故B错误：当油罐车减速前进时，油向前涌 动，油的液面前高后低，故C错误；挡板间油的质量相对小，油 的惯性小，可以有效减弱变速时油的涌动，故D正确。 2.A小球由静止开始释放，“冲”上对接的斜面，这是实验事实， 故A正确：因为生活中没有无摩擦的轨道，所以小球上升到原 来释放时的高度为推理，而不是实验事实，故B错误；减小斜面 的倾角O,小球仍然达到原来的高度，是在B项基础上的进一步 推理，而不是实验事实，故C错误；继续减小斜面的倾角0，最后 使它成水平面，小球沿水平面永远运动下去，是在C项的基础 上继续推理得出的结论，而不是实验事实，故D错误。