(练习)21 课时分层训练(十四) 实验：探究两个互成角度的力的合成规律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册(鲁科版2019)

课时分层训练(十四)　实验：探究两个互成角度的力的合成规律 一、实验原理与操作 1．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮筋的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮筋的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮筋伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整： (1)用铅笔描下结点位置，记为O。 (2)记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线。 (3)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮筋的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，__________________________________________________。 (4)按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3。 (5)根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F。 (6)比较________的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并做出相应的改进后再次进行实验。 解析：用一个弹簧测力计把橡皮筋的结点拉到位置O后，除了记录测力计的示数F3的大小外，还要记录拉力F3的方向，作出F3的图示，与F1、F2的合力F比较即可验证。 答案：(3)沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线　(6)F和F3 二、实验数据处理与误差分析 2．某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为0～5 N的弹簧测力计两个，橡皮筋(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。 (1)(多选)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________。 A．橡皮筋应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次的不同 C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，读数时视线应正对测力计刻度 D．用两个测力计互成角度地拉橡皮筋时的拉力都必须小于只用一个测力计时的拉力 (2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图所示。其中对于提高实验精确度最有利的是________。 A　　　　　　B C　　　　　　D 解析：(1)为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮筋的拉力方向具有特殊的角度或位置，A错误；只要一次实验中用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即O点位置相同，再次重复实验时O点的位置不必与前一次相同，B正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，C正确；合力可以大于任一个分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，D错误。 (2)A、D实验中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于确保实验精确度；B图和C图选用的标度相同，但C中力太小，不利于作平行四边形，故B符合题意。 答案：(1)BC　(2)B 三、创新实验设计 3．有同学利用如图所示的装置来“验证力的平行四边形定则”，在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结O，每个钩码的质量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数确定3根绳子的拉力TOA 、TOB和TOC，回答下列问题： (1)(多选)改变钩码个数，实验能完成的是(　　) A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4 B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4 C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4 D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5 (2)(多选)在拆下钩码和绳子前，最重要的两个步骤是(　　) A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向 B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度 C．用量角器量出三段绳子之间的夹角 D．记录钩码个数N1、N2、N3 E．用天平测出钩码的质量 (3)在作图时，你认为图________(选填“甲”或“乙”)是正确的。 解析：(1)实验中分力与合力的关系必须满足|TOA－TOB|<TOC<TOA＋TOB，因此，B、C、D是可以的。 (2)钩码的个数可代表所研究各力的大小，在拆下钩码和绳子前记下O点的位置和OA、OB、OC三段绳子拉力的方向，即可验证力的平行四边形定则，故A、D正确。 (3)OC绳拉力TOC一定是竖直的，其反向延长线应是OA和OB两绳拉力TOA、TOB合力方向(理论值)，但考虑实验误差的存在，作图后可能会有所偏差，故图甲是正确的。 答案：(1)BCD　(2)AD　(3)甲 4．实验小组的同学在老师的指导下用两根完全相同的轻弹簧和重物验证力的平行四边形定则，他进行了如下操作(弹簧始终处于弹性限度内)： (1)用刻度尺测出弹簧的自由长度l0。 (2)如图甲所示，把重物通过细绳连接在弹簧下端，稳定后测出弹