11 实验(三) 探究两个互成角度的力的合成规律(Word练习)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

[实验(三)]　探究两个互成角度的力的合成规律 ________________________________________________________________________ (每题10分，建议用时：50分钟) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(10分)在“互成一定角度的两个力的合成”实验中，某同学将橡皮条一端固定在黑板上，另一端通过细绳套用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，某次拉动时让弹簧测力计A沿水平方向，另一个测力计B斜向下，如图甲所示。如果稍增大测力计A的拉力大小，而保持拉力方向及O点位置不变，需要调节测力计B的大小及方向，则测力计B应该__________转动(填顺时针、逆时针或方向不动)；测力计B的拉力大小______(填增大、减小或不变)。该同学的另一次实验结果如图乙所示，其中O为橡皮条与细绳结点的位置。图中__________是力F1与F2的合力的理论值，________是力F1和F2的合力的实际值。(填F或F′) 解析：保持O点位置不变，F1、F2的合力不变，由平行四边形定则可知，保持F1方向不变，大小增大，F2需绕O点逆时针转动，同时使F2的大小增加。 按照平行四边形定则作图获得的合力为理论合力，即F是F1与F2的合力的理论值；与橡皮条在同一条直线上对应的拉力为合力的实际值，即F′是力F1和F2的合力的实际值。 答案：逆时针　增大　F　F′ 2．(10分)(2023·黑龙江哈师大附中模拟)某同学利用如图甲所示的装置来验证力的平行四边形定则，该同学的实验步骤为： (1)在竖直木板上铺上白纸，木板上固定两个光滑的定滑轮，两个物块通过轻绳被弹簧测力计拉住而处于静止状态，O为OA、OB、OC三根轻绳的结点，此时弹簧测力计读数如图乙所示，则F弹＝________N；(3分) (2)此实验还需记录的有__________；(3分) A．两个物块的重力 B．OA、OB、OC的方向 C．OA、OB、OC的长度 (3)由记录的物理量选择合适的标度画平行四边形来验证结论是否成立； (4)改变弹簧测力计拉力F弹的大小，重复实验，再次验证力的平行四边形定则时，__________(填“需要”或“不需要”)保证结点O的位置与第一次相同。(4分) 解析：(1)弹簧测力计读数为4.0 N。 (2)验证力的平行四边形定则须测量合力和分力的大小和方向，故选AB。 (4)因为每一次都是独立的实验，对绳结受力平衡即可，故不需要保证结点O的位置与第一次相同。 答案：(1)4.0　(2)AB　(4)不需要 3．(10分)如图所示，某实验小组同学利用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读数为正，受到压力时读数为负。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为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： ①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝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，记录两个传感器的读数 ④取下钩码，移动传感器A改变θ角 重复上述实验步骤，得到表格。 F1/N 1.001 0.580 … 1.002 … F2/N －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(g取10 m/s2，结果保留1位有效数字)。(4分) (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________。(3分) 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 (3)实验中，让A传感器沿圆心为O的圆弧形(而不是其他形状)轨道移动的主要目的是________。(3分) A．方便改变A传感器的读数 B．方便改变B传感器的读数 C．保持轻杆右端O的位置不变 D．方便改变细绳与杆的夹角θ 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F1，平衡时，mg＝F1sin θ，当θ＝30°时，F1＝1.001 N，可求得m≈0.05 kg。 (2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，是为了消除横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O点位置保持不变，故A、B、D错误，C正确。 答案：(1)F1　0.05　(2)C　(3)C 4．(10分)(2023•湖南衡阳模拟)某研究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验，所用器材有：方木板一块、白纸、量程为5 N的弹簧测力计一个、橡皮条(带两个较长的细绳套)、铅笔、图钉(若干个)以及直尺一把。用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点A，两个细绳套系在橡皮条的另一端。主要实验步骤如下： (1)用弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到位置O，并用铅笔在白纸上描下O点。记录测力计的示数F1如图2所示，则弹簧测力计读数F1＝________ N。(3分) (2)如图3所示，虚线OA′是直线AO的延长线，过O点作OA的垂线OB，并把一条细绳套另一端固定在B点，然后用弹簧测力计拉住另一个细绳套，缓慢把橡皮条再次拉到O点，在纸上记录下AO、BO、OA′，此时弹簧测力计拉力方向OC如图4所示，并在图4中OA′线上适当位置找一点D，过D作OA′的垂线，与OC交于E点，则要较方便地达到实验目的，应该记录弹簧测力计的示数F2、OE的长度及________长度。(3分) (3)如果两次测量中弹簧测力计的示数F1、F2以及(2)中测量值之间满足关系式__________，则可以说明此次实验中力的合成遵循平行四边形定则。[用(1)(2)中所测得物理量字母符号表示](4分) 解析：(1)图2中最小分度为0.2 N，则读出弹簧测力计读数为F1＝3.4 N。 (2)为了验证F1、F2是否满足平行四边形定则，则需要知道两个力的大小是否满足三角函数关系，因此需要知道OD长度。 (3)若F1、F2满足平行四边形定则，两次测量中弹簧测力计的示数F1、F2之间的关系应满足F1＝F2cos θ 由几何关系得cos θ＝ 联立解得F1＝F2。 答案：(1)3.4　(2)OD　 (3)F1＝F2 5．(10分)如图甲所示，某实验小组用如下器材验证力的合成遵循平行四边形定则。先将传感器A固定，把拴着重物C的橡皮筋挂在传感器A上，稳定后，记录传感器A的示数FA＝3.00 N，并测出此时橡皮筋的长度为l1＝20.00 cm。再用一轻绳连接重物C与传感器B，水平向右拉动传感器B，如图乙所示，稳定后，分别记录两传感器A、B的示数FA′＝5.00 N、FB＝4.10 N ，并测出此时橡皮筋的长度为l2＝24.00 cm。 (1)请在图丙中用力的图示法作出FA、FB 的合力F合，通过对比F合与FA′的大小和方向得出力的合成遵循平行四边形定则________。(4分) (2)根据实验数据求出该橡皮筋的劲度系数k＝________ N/cm，橡皮筋的原长l0＝________ cm。(6分) 解析：(1)根据题意可知物体的重力为G＝3.00 N，根据力的图示法作出合力。 (2)开始时，根据胡克定律G＝k(l1－l0) 代入数据有3.00＝k(20.00－l0) 连接传感器B后，有FA′＝k(l2－l0) 代入数据有5.00＝k(24.00－l0) 联立解得l0＝14.00 cm k＝0.5 N/cm。 答案：(1)见解析图　(2)0.5　14.00 6．(10分)(2023•重庆模拟)某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验，主要实验步骤如下： ①轻质光滑小圆环(可视为质点)挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条刚好伸直无弹力，长度为GE； ②用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环，小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数并记录其方向； ③撤去F1、F2，改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环，____________________，读出弹簧测力计的示数F并记录其方向；(2分) ④做出三力的图示，猜想它们的关系，再用作图工具进行检验，并改变拉力F1、F2的大小和方向，重做上述实验，验证猜想。 (1)其中步骤③中，横线上应填入的内容是 ____________________________________。(2分) (2)本实验采用的科学方法是 ________。(2分) A．理想实验法 B．控制变量法 C．等效替代法 D．转换法 (3)实验用的弹簧测力计标记的单位为N，某次实验如图丙所示，则测力计示数F1＝__________N，欲使F1大小和小圆环位置不变，F2稍增加，下列方法可行的是 ________。(4分) A.F1绕O点顺时针稍转动、F2绕O点顺时针稍转动 B.F1绕O点逆时针稍转动、F2绕O点顺时针稍转动 C.F1绕O点顺时针稍转动、F2绕O点逆时针稍转动 D.F1绕O点逆时针稍转动、F2绕O点逆时针稍转动 解析：(1)步骤③是只用一个弹簧测力计，将小圆环拉到同一位置O点，使F的作用效果与F1、F2同时作用时相同。 (2)实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同，采用的科学方法是等效替代法，故选C。 (3)测力计的精度为0.1 N，所以F1＝4.00 N，保持小圆环位置不变，F1、F2的合力不变，由平行四边形定则作图可知，保持F1大小不变，方向绕O点顺时针稍转动、F2绕O点顺时针稍转动可使F2的值增加。故选A。 答案：(1)仍使小圆环处于O点　(2)C　(3)4.00　A 学科网（北京）股份有限公司 $$