第8节 实验：探究两个互成角度的力的合成规律-【金版教程】2026年高考物理一轮总复习首选用卷全书Word

高考总复习首选用卷 物理 第8节　实验：探究两个互成角度的力的合成规律 1．(2023·全国乙卷)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、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： ①用图钉将白纸固定在水平木板上。 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F1和F2的大小，并________。(多选，填正确答案标号) A．用刻度尺量出橡皮条的长度 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 D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向 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，沿细线标记此时F的方向。 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F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。 ⑤比较F′和F的________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 答案：②CD　③相同位置　⑤大小和方向 解析：②该实验的原理是，两个测力计共同作用的效果与使用一个测力计单独作用的效果相同，即橡皮条在同一方向伸长相同长度，则需要用铅笔标记出小圆环的位置；因为要作出力的图示，故需要记录F1、F2的大小和方向，所以还需要用铅笔在白纸上标记出两细线的方向。故选C、D。 ③根据实验原理，撤掉一个测力计，用另一个测力计拉小圆环时，应使两次作用效果相同，即拉到相同位置。 ⑤为判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则，应比较F′和F的大小和方向，看它们是否近似相同。 2．(2024·海南高考)为验证两个互成角度的力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材，按照如下实验步骤完成实验： (Ⅰ)用图钉将白纸固定在水平木板上； (Ⅱ)如图d、e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，将两细线系在小圆环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置，并标记圆环的圆心位置为O点，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，大小分别为F1＝3.60 N、F2＝2.90 N；改用一个弹簧测力计拉动小圆环，使其圆心到O点，在拉力F的方向上标记P3点，拉力的大小为F＝5.60 N。请完成下列问题： (1)在图e中按照给定的标度画出F1、F2和F的图示，然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F′。 (2)比较F和F′，写出可能产生误差的两点原因：_________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)如图所示。 (2)没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行，读数时没有正视弹簧测力计(合理即可) 解析：(1)按照给定的标度画出F1、F2和F的图示，然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F′，如答图所示。 (2)F和F′不完全重合，产生误差的可能原因是：没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行，读数时没有正视弹簧测力计等。 3．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验情况如图甲所示，其中A处有固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图，F为用平行四边形定则作出的合力。 (1)本实验中“等效替代”的含义是________。 A．橡皮筋可以用细绳替代 B．左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果 C．右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果 D．两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代 (2)图乙F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。 (3)实验中用两个完全相同的弹簧测力计成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有________。 A．两细绳的方向 B．橡皮筋的原长 C．两弹簧测力计的示数 D．结点O的位置 (4)本实验中，采取下列哪些方法和步骤可以减小实验误差________。 A．两个分力F1、F2间的夹角越小越好 B．两个分力F1、F2的大小要适当大些 C．拉橡皮筋的细绳要稍短一些 D．实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度 (5)在实验中，如果将细绳换成橡皮筋，那么实验结果将________(选填“变”或“不变”)。 答案：(1)D　(2)F′　(3)ACD　(4)BD (5)不变 解析：(1)“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，“等效替代”的含义是两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代，故D正确，A、B、C错误。 (2)实验中方向与AO方向相同的是实验值，而理论值是运用平行四边形法则得出的，即F是理论值，F′是实验值，由于误差的存在F与F′不重合，故应填F′。 (3)实验过程中需要记录拉力的方向、拉力的大小与结点的位置，不需要记录橡皮筋的原长，故选A、C、D。 (4)两个分力F1、F2间的夹角过大或过小都会增大实验误差，故A错误；两个分力F1、F2的大小适当大些，会使弹簧测力计的读数误差减小，B正确；拉橡皮筋的细绳应适当长一些，方便记录拉力的方向，故C错误；实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度，以减小误差，故D正确。 (5)本实验中，记录的是弹簧测力计拉力的大小和方向，将细绳换成橡皮筋，实验结果不变。 4．某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在桌面上，如图a所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。 (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O。此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图b所示，F的大小为________N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图a中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。 (ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O点为作用点，在图a中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合； (ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。 答案：(1)4.0 (2)(ⅰ)如图所示　(ⅱ)4.0　0.05 解析：(1)由题给测力计示数可知，读数为4.0 N。 (2)作图，F2长度为28 mm，F1长度为21 mm，平行四边形如图，量出合力长度约为20 mm，大小代表4.0 N，量出合力箭头处到y轴距离和所作合力在y轴上投影长度，其比值就是F合与拉力F的夹角的正切值。 5．(2025·辽宁省名校联盟高三上10月联考)某同学在家中用一根轻弹簧、水瓶、细绳、图钉和贴在墙上的白纸等物品，验证了力的平行四边形定则。实验步骤如下： ①先用图钉A将弹簧一端固定在白纸上，弹簧另一端通过细绳L1悬挂一瓶矿泉水(与墙、纸无摩擦)，如图甲所示； ②将另一细绳L2拴于细绳L1与弹簧连接处的O点，并将细绳L2水平拉直后用图钉B固定在白纸上，记下A、B、O的位置，如图乙所示； ③在保证O点位置不变的情况下，交换弹簧与细绳L2的位置，使其方向与步骤②中对应方向平行，如图丙所示； ④按照上述方法，改变弹簧与细绳L2的夹角，多次测量。 (1)对于本实验，下列说法或操作正确的是________；(填正确选项前的字母) A．需要知道弹簧的劲度系数 B．不需要测量弹簧的原长，只需要测量甲、乙、丙三图中弹簧的长度 C．步骤④中每次重复实验时，O点位置不需要与第一次实验记录的位置一致 (2)图乙中细绳L2的拉力大小________(填“大于”“等于”或“小于”)图丙中弹簧的弹力大小； (3)该同学在进行步骤③时由于粗心将水瓶中的水洒落了少许，但弹簧和细绳L2的方向都与步骤②中平行，O点位置也与步骤②中重合，这一操作________(填“会”或“不会”)造成误差。 答案：(1)C　(2)等于　(3)会 解析：(1)根据实验原理可知，图甲可测量合力，乙、丙两图测量分力，结合胡克定律可知，需要测量弹簧的原长以及图甲、乙、丙中弹簧的长度，以便测量三个力的大小，三个力的大小均与弹簧的形变量成正比，则形变量大小关系可以表示力的大小关系，故不需要知道弹簧的劲度系数，故A、B错误；步骤④中每次重复实验时，不需要保证O点位置与第一次实验记录的位置一致，从而使实验更具有普遍性，故C正确。 (2)图甲测量合力，乙、丙两图测量分力，根据平行四边形定则可知，合力的大小、方向以及两个分力的方向确定时，分力的大小有唯一解，所以图乙中细绳L2的拉力大小等于图丙中弹簧的弹力大小。 (3)水瓶中的水洒落了少许，即合力减小，虽然弹簧和细绳L2的方向都与步骤②中平行，O点位置也与步骤②中重合，但两个分力一定会减小，故弹簧弹力会变小，从而造成实验误差。 6 学科网（北京）股份有限公司 $$