《2025年优化探究同步导学案高中物理必修第一册人教版》

[例1] (2024·江苏盐城期中)在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，如图甲所示，橡皮条的一端固定，一端挂一轻质小圆环，橡皮条的长度为$GE$。如图乙所示，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。圆环受到拉力$F_1$、$F_2$的共同作用，处于$O$点，橡皮条伸长的长度为$EO$，撤去$F_1$、$F_2$，改用一个力$F$单独拉住小圆环，如图丙所示，使小圆环仍处于$O$点。



(1)在实验操作中，力$F$单独作用时与力$F_1$、$F_2$共同作用时都使小圆环在$O$点保持静止。这样做的目的是使力F单独作用时与力F₁、F₂共同作用时对橡皮条的作用效果相同，体现等效替代的物理思想。
(2)具体操作前，某同学提出了以下关于实验操作的建议，其中正确的是D。
A. 图乙中，$F_1$与$F_2$的方向必须相互垂直
B. 重复实验再次进行探究时，圆环$O$的位置必须与前一次相同
C. 用两弹簧测力计同时拉小圆环时，两弹簧测力计示数之差应尽可能大一些
D. 使用弹簧测力计时，施力方向应沿弹簧测力计轴线方向，读数时视线应正对弹簧测力计刻度线
(3)图丁中弹簧测力计的示数为2.35（2.34～2.36均可）$N$。
(4)某次实验记录纸如图戊所示，拉力$F_1$和$F_2$的方向分别过$P_1$和$P_2$点，拉力$F$的方向过$P$点；三个力的大小分别为：$F_1 = 2.70\ N$、$F_2 = 2.30\ N$和$F = 4.00\ N$。得出正确实验结论后，请根据实验结论和图中给出的标度：
①在图中作出$F_1$和$F_2$的合力；
②根据作图法求出该合力为4.00$N$。

答案：
（1）使力F单独作用时与力F₁、F₂共同作用时对橡皮条的作用效果相同 等效替代 （2）D （3）2.35（2.34～2.36均可） （4）①图见解析 ②4.00
[解析]（1）使力F单独作用时与力F₁、F₂共同作用时对橡皮条的作用效果相同，体现了等效替代的物理思想。
（2）避免实验具有偶然性和特殊性，图乙中，F₁与F₂的方向无需垂直，故A错误；重复实验再次进行探究时，避免实验具有偶然性和特殊性，圆环O的位置应与前一次不同，故B错误；用两弹簧测力计同时拉小圆环时，应避免弹簧测力计示数过大或过小，导致读数不准确，则两弹簧测力计示数之差不宜过大，故C错误；为保证读数准确，使用弹簧测力计时，施力方向应沿弹簧测力计轴线方向，读数时视线应正对弹簧测力计刻度线，故D正确。
（3）弹簧测力计最小分度为0.1N，读数要读到0.01N，图中读数为2.35N。
（4）①由于标度已经选定，作图时要保证表示F₁、F₂的线段长度为标度的2.7倍和2.3倍，如图所示。

②量出作图法求出的合力长度约为标度的4.00倍，所以合力大小为4.00N。