2024屆高考物理大一輪復(fù)習(xí)：第三章　4　第1課時　合力和分力　實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律 學(xué)生版

4力的合成和分解第1課時合力和分力實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律一、合力和分力1．共點力幾個力如果都作用在物體的，或者它們的作用線，這幾個力叫作共點力．2．合力和分力假設(shè)一個力單獨作用的跟某幾個力共同作用的相同，這個力就叫作那幾個力的，這幾個力叫作那個力的．3．合力與分力的關(guān)系合力與分力之間是一種的關(guān)系，合力作用的與分力相同．二、力的合成力的合成：求的過程．三、實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1．實驗原理(1)合力F的確定：兩個力F1、F2共同作用，能把橡皮條末端小圓環(huán)拉到某點，一個力F也可以把橡皮條末端的小圓環(huán)拉到，則F與F1和F2共同作用的效果相同，則F等于F1和F2的合力．(2)選擇適當(dāng)?shù)臉硕?，在白紙上作出F1、F2和F的圖示，觀察三者間的關(guān)系，做出猜想．(3)進行檢驗，得出結(jié)論．2．實驗器材方木板、白紙、彈簧測力計(兩個)、、細繩、輕質(zhì)小圓環(huán)、三角板、、圖釘(若干)、鉛筆．3．實驗步驟(1)在方木板上用圖釘固定一張白紙，如圖甲所示，用圖釘把橡皮條的一端固定在木板上A點，在橡皮條的另一端掛上輕質(zhì)小圓環(huán)．(2)用兩個彈簧測力計分別鉤住小圓環(huán)，互成角度地拉橡皮條，將小圓環(huán)拉到某位置O，用鉛筆描下小圓環(huán)O的位置和細繩的，并記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)．(3)用一個彈簧測力計拉橡皮條，將小圓環(huán)拉到，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向．(4)如圖乙所示，利用刻度尺和三角板，按適當(dāng)?shù)臉硕茸鞒鲇脙蓚€彈簧測力計拉時的拉力F1和F2的圖示以及用一個彈簧測力計拉時的拉力F′的圖示，觀察三者間的關(guān)系．做出猜想：F是以F1、F2為鄰邊的平行四邊形的對角線．以F1、F2為鄰邊畫出，并畫出對角線F.(5)進行驗證：比較F與F′的大小和方向，若它們在實驗誤差允許范圍內(nèi)相同，則兩個互成角度的力的合成遵循平行四邊形定則．(6)得出結(jié)論：在兩個力合成時，以表示這兩個力的有向線段為作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的就代表合力的大小和方向，如圖所示，F(xiàn)表示F1與F2的合力．這就是平行四邊形定則．4．注意事項(1)彈簧測力計使用前要檢查指針是否指在零刻度線上，否則應(yīng)校零．(2)被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計軸線方向一致，拉動小圓環(huán)時彈簧不可與外殼相碰或摩擦．(3)在同一次實驗中，小圓環(huán)的位置O一定要相同．(4)在具體實驗時，兩分力F1和F2間夾角不宜過大，也不宜過小，以60°～120°之間為宜．(5)讀數(shù)時應(yīng)正視、平視刻度．(6)使用彈簧測力計測力時，讀數(shù)應(yīng)適當(dāng)大些，但不能超出它的測量范圍．一、實驗原理與操作例1如圖所示，在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗中，有下列實驗步驟：a．在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上的A點．b．只用一個彈簧測力計，通過彈簧測力計把小圓環(huán)拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的示數(shù)F′和細繩的方向，按同樣比例作出力F′的圖示．c．改變兩個分力的大小和夾角，再做兩次實驗．d．記下兩個彈簧測力計的示數(shù)F1、F2及小圓環(huán)的位置，描下兩條細繩的方向，在紙上按比例作出力F1和F2的圖示，用平行四邊形定則求出合力F.e．比較力F′與F，可以看出，它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是相等的．f．把小圓環(huán)系在橡皮條的另一端，通過小圓環(huán)用兩個彈簧測力計互成角度地拉小圓環(huán)，橡皮條伸長，使小圓環(huán)到達某一位置O.完成下列填空：(1)上述步驟中，正確的順序是________．(填寫步驟前面的字母)．(2)下列哪些措施能減小實驗誤差________．A．兩條細繩必須等長B．彈簧測力計、細繩、橡皮條都應(yīng)與木板平面平行C．拉橡皮條的細繩要稍長一些，標記同一條細繩的方向時兩標記點要適當(dāng)遠一些D．實驗前先把實驗所用的兩個彈簧測力計的掛鉤相互鉤住平放在桌面上，向相反方向拉動，檢查讀數(shù)是否相同，若不同，則進行調(diào)節(jié)使之相同例2某同學(xué)用如圖所示裝置做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗，橡皮筋的一端固定在水平木板上的P點，另一端系有兩個繩套．實驗中先用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮筋，將橡皮筋拉至某一位置O.再只用一個彈簧測力計，通過繩套把橡皮筋拉到與前面相同的位置O.(1)為完成該實驗，下述必須有的步驟是______．(填正確選項前的字母)A．測量細繩的長度B．測量橡皮筋的原長C．記錄彈簧測力計的示數(shù)D．記錄結(jié)點O的位置E．通過細繩記錄拉力的方向(2)下列關(guān)于操作過程的說法正確的是______．(填正確選項前的字母)A．橡皮筋、彈簧測力計和細繩應(yīng)位于與木板平行的同一平面內(nèi)B．兩細繩之間的夾角一定要取90°，以便計算合力的大小C．拉橡皮筋的細繩要短一些，標記同一細繩方向的兩點要近一些D．彈簧測力計的示數(shù)適當(dāng)大些有利于減小誤差E．同一次實驗中，用一只彈簧測力計拉橡皮筋時，結(jié)點的位置必須與用兩只彈簧測力計拉時的位置重合(3)“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結(jié)點，OB和OC為細繩．圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖．①圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________．②本實驗采用的科學(xué)方法是________．A．理想實驗法 B．等效替代法C．控制變量法 D．建立物理模型法二、實驗數(shù)據(jù)處理例3(2022·北京市東城區(qū)高一期末)某研究小組做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗，將白紙固定在水平放置的木板上，橡皮筋的A端用圖釘固定在木板上，B端系上兩根帶有繩套的細繩．(1)如圖a所示，用兩個彈簧測力計通過細繩沿平行于木板的不同方向同時拉橡皮筋，將橡皮筋的B端拉至某點O，記下O點位置和兩細繩的方向，并讀出兩個拉力的大小分別為F1＝________N和F2＝2.00N.(2)如圖b所示，撤去(1)中的拉力，現(xiàn)只用一個彈簧測力計通過細繩沿平行于木板的方向拉橡皮筋，要將橡皮筋的B端拉至__________，這樣做的目的是____________________________；記下細繩的方向，并讀出拉力的大小為F＝2.20N.(3)如圖c所示，某同學(xué)以O(shè)點為作用點，用圖示標度畫出了力F的圖示，請你畫出力F1、F2的圖示并按平行四邊形定則畫出它們的合力F合．1.(2021·北京市朝陽區(qū)高一期末)小明同學(xué)做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗．如圖所示，實驗儀器中有一個小銅環(huán)連接了一根橡皮筋和兩根細繩套．(1)實驗過程中受力分析的研究對象是______；A．橡皮筋B．小銅環(huán)C．細繩套(2)分力與合力是等效的，實驗中有關(guān)等效的敘述正確的是________；A．僅需橡皮筋拉伸的長度相同即可B．彈簧測力計的示數(shù)相等C．小銅環(huán)被拉至同一位置且處于靜止狀態(tài)(3)某次實驗中，小明同學(xué)記錄了彈簧測力計的示數(shù)和細繩套的方向如圖所示．其中用兩個彈簧測力計共同拉小銅環(huán)時的力F1＝3.5N，F(xiàn)2＝3.0N；只用一個彈簧測力計拉小銅環(huán)時的力F＝4.5N．請在圖中完成F1、F2以及F的圖示．多次實驗尋找規(guī)律，可以得出的結(jié)論是________________________________________________________________________2．小梁同學(xué)進行“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗．(1)如圖甲，用兩個彈簧測力計將橡皮條末端的輕質(zhì)小圓環(huán)拉至O點，測得拉力分別為F1、F2.撤去F1、F2，改用一個彈簧測力計拉住小圓環(huán)，仍使小圓環(huán)處于O點，測得拉力為F.此時，力F的作用效果與力F1、F2共同作用的效果________(選填“相同”或“不同”)，所以F等于F1、F2的合力．該實驗所用方法是______________(選填“等效替代法”或“微元法”)．(2)根據(jù)實驗記錄，用力的圖示法表示出合力F和分力F1、F2.如圖乙所示．小梁同學(xué)發(fā)現(xiàn)，分力________(選填“可以”或“不可以”)大于合力．3．某研究小組做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的實驗，所用器材有：方木板一塊、白紙、量程為5N的彈簧測力計兩個、橡皮條(帶兩個較長的細繩套)、刻度尺、圖釘(若干個)．(1)實驗時，主要的步驟是：A．在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上B．用圖釘把橡皮條的一端固定在方木板上的A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端系著繩套C．用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O，記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)D．按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力FE．只用一只彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細繩的方向，按同一標度作出這個力F′的圖示F．比較F′和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論上述步驟中：①有重要遺漏的步驟的序號是________和________．②遺漏的內(nèi)容分別是______________________和________________________．(2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標注信息有結(jié)點位置O、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如圖所示．其中對于提高實驗精度最有利的是________．4．(2022·杭州市高一期末)如圖甲，某同學(xué)用彈簧OC和彈簧測力計a、b做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗．(1)在保持彈簧OC伸長1.00cm，且彈簧兩端點位置不變的條件下，若彈簧測力計a、b間夾角為90°，彈簧測力計a示數(shù)如圖乙，則彈簧測力計a的讀數(shù)是______N，若已知彈簧測力計b的讀數(shù)為4.00N，并已在方格紙上作出，請你在所給的方格紙上按作圖法的要求作出彈簧測力計a的拉力及它們的合力．(2)如圖丁是某同學(xué)所作的合力與分力的關(guān)系圖，則實際的合力是__________，一定沿CO方向的是________．(均選填“F”或“F′”)5．某探究小組做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm)的紙貼在桌面上，如圖(a)所示．將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長．(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O，此時拉力F的大小可由測力計讀出．測力計的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為________N.(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點，現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮