内容正文:
课时提升训练(9) 探究两个互成角度的力的合成规律
1.(2024·绍兴联考)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中:
(1)在实验操作前,有同学给小敏提出关于实验操作的建议:重复实验再次进行探究时,结点O的位置与前一次____________。(填“必须不同”“必须相同”或“可以不同”)
(2)关于该实验,下列操作有利于减小实验误差的是__________。
A.两根细绳必须等长
B.拉力F1和F2的夹角很小
C.拉橡皮筋时,弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行
D.标记同一细绳方向的两点要适当远一些
答案:(1)可以不同 (2)CD(或DC)
2.(2024·台州联考)如图所示,某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验。
(1)关于该同学的实验操作,下列改进建议合理的是__________。
A.适当增加细绳的长度
B.适当增大两细绳间的夹角
C.适当增大弹簧测力计的拉力
D.尽量减少弹簧测力计外壳与桌面间的摩擦
(2)当用两个弹簧测力计拉细绳套时,需要记录的是__________。
A.绳子的长度
B.弹簧测力计的读数
C.结点位置
D.分力的方向
答案:(1)ABC (2)BCD
3.(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:(2)CD(或DC) (3)相同位置 (5)大小和方向
4.请完成“验证力的平行四边形定则”实验的相关内容。
(1)如图甲所示,在铺有白纸的水平木板上,橡皮条一端固定在A点,另一端拴两个细绳套。
(2)如图乙所示,用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,使绳与橡皮条的结点伸长到某位置并记为O点,记下此时弹簧测力计的示数F1和F2及__________________。
(3)如图丙所示,用一个弹簧测力计拉橡皮条,使绳与橡皮条的结点拉到O点,记下此时弹簧测力计的示数F=________N和细绳的方向。
(4)如图丁所示,已按一定标度作出了F1、F2和F的图示,请用作图法作出F1和F2的合力。
(5)合力与F大小相等,方向略有偏差,如果此偏差仅由F1引起,则原因是F1的大小比真实值偏________、F1与F2的夹角比真实夹角偏________。(均填“大”或“小”)
答案:(2)两细绳的方向 (3)3.00
(4)见解析图 (5)大 大
解析:(2)要记下两分力F1和F2的方向。
(3)弹簧测力计的示数要估读一位,即
F=3.00 N。
(4)根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F′,如图所示。
(5)由图所示,将F1减小或减小F1与F2的夹角,合力F′与F更接近重合,则原因是F1的大小比真实值偏大、F1与F2的夹角比真实夹角偏大。
5.(2025·湖州检测)有同学利用如图甲所示装置做“验证两个互成角度的力的合成规律”的实验:在竖直木板上贴有白纸,在木板上方A处固定一根带有两个绳套的橡皮筋,一绳套悬挂钩码,另一绳套用弹簧秤水平拉着,静止后记录两绳套方向及结点O的位置,读出弹簧秤读数F1,测出钩码重量G;后仅用弹簧秤将橡皮筋仍拉至O点并读出此时弹簧秤读数F2。
(1)乙、丙两图是两位学生作出的验证图,你认为合理的是图__________。(填“乙”或“丙”)
(2)保持橡皮筋拉力与弹簧秤拉力间的夹角不变,弹簧秤从水平位置开始拉动橡皮筋,直至橡皮筋变为水平,在此过程中,弹簧秤中显示的拉力F1将__________。
A.一直变大 B.一直变小
C.先变小后变大 D.先变大后变小
答案:(1)丙 (2)A
解析:(1)以O点为受力分析对象,实际作用效果的力一定在OA这条直线上,而通过作图法得出的理论值与实际值会有一定的偏差,所以图丙合理。
(2)作出O点受力分析图,如图所示,根据作圆法可知,为保持橡皮筋拉力与弹簧秤拉力间的夹角不变,即F1从1位置移到2位置过程中,F1一直变大。
6.某同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中,利用以下器材:
两个轻弹簧A和B、白纸、方木板、橡皮筋、图钉、细线、钩码、刻度尺、铅笔。
实验步骤如下:
(1)用刻度尺测得弹簧A的原长为6.00 cm,弹簧B的原长为8.00 cm。
(2)如图甲所示,分别将弹簧A、B悬挂起来,在弹簧的下端挂上质量为m=100 g的钩码,钩码静止时,测得弹簧A长度为6.98 cm,弹簧B长度为9.96 cm。重力加速度g取9.8 m/s2,忽略弹簧自重的影响,两弹簧的劲度系数分别为kA=________N/m,kB=________N/m。
(3)如图乙所示,将木板水平固定,再用图钉把白纸固定在木板上,将橡皮筋一端固定在M点,另一端系两根细线,弹簧A、B一端分别系在这两根细线上,互成一定角度同时水平拉弹簧A、B,把橡皮筋结点拉到纸面上某一位置,用铅笔描下结点位置记为O,测得此时弹簧A的长度为8.10 cm,弹簧B的长度为11.80 cm,并在每条细线的某一位置用铅笔记下点P1和P2。
(4)如图丙所示,取下弹簧A,只通过弹簧B水平拉细线,仍将橡皮筋结点拉到O点,测得此时弹簧B的长度为13.90 cm,并用铅笔在此时细线的某一位置记下点P,此时弹簧B的弹力大小为F′=________N(结果保留3位有效数字)。
(5)根据步骤(3)所测数据计算弹簧A的拉力FA、弹簧B的拉力FB,在图丁中按照给定的标度作出FA、FB的图示,根据平行四边形定则作出它们的合力F的图示,测出F的大小为________N(结果保留3位有效数字)。
(6)再在图丁中按照给定的标度作出F′的图示,比较F与F′的大小及方向的偏差,若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:(2)100 50 (4)2.95
(5)见解析图甲 2.90(2.80~2.95均可) (6)见解析图乙
解析:(2)根据胡克定律知,两弹簧的劲度系数分别为
kA== N/m=100 N/m
kB== N/m=50 N/m。
(4)弹簧B的弹力大小为
F′=kBΔxB′=50×(0.139 0-0.08)N=2.95 N。
(5)由胡克定律可得
FA=kAΔxA=100×(0.081 0-0.06)N=2.10 N
FB=kBΔxB=50×(0.118 0-0.08)N=1.90 N
画出两个力的合力如图甲所示,由图可知合力F≈2.90 N。
(6)作出力的图示如图乙所示。
甲 乙
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