实验三：探究两个互成角度的力的合成规律 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

2.7实验三：探究两个互成角度的力的合成规律 2027届高考物理一轮复习 一、实验题 1．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验装置如图所示：方木板一块、白纸，量程为5N的弹簧测力计两个，橡皮条（带两个较长的细绳套），刻度尺，图钉（若干个）。在该实验中： (1)该实验主要采用的科学方法是______。 (2)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．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B．拉着细绳套的两只弹簧测力计，稳定后读数应相同 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．测量时，橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板 (3)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，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是（　　） A． B． C． D． 2．甲、乙两位同学为了探究力的合成规律，分别设计了下图两个实验。甲利用圆桌、三个相同的定滑轮、轻绳和钩码组装成了如图甲装置；乙利用水平天花板、两个相同的定滑轮、轻绳和钩码组装成了如图乙装置。 (1)有关图甲的实验，以下操作正确的是（　　） A．实验中圆桌必须保持水平 B．钩码可以换成拉力传感器，几个同学向下拉动拉力传感器读出力的大小 C．多次实验过程中需要把结点拉到同一个O点 D．应该在桌面上放置白纸，画出几根绳子对O点的力的示意图 (2)乙实验时三处钩码个数为nA、nB和nC，以下情况可能存在的有（　　） A．nA = 3  nB = 3  nC = 2 B．nA = 3  nB = 6  nC = 5 C．nA = 2  nB = 1  nC = 5 3．(1)小质同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。其中O为橡皮条与细绳的结点，实验中，第一次用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，第二次用一个弹簧测力计拉橡皮条。 ①根据某次实验记录数据，画出力的图示，A、B两幅图中______（选填“A”或“B”）是小质同学实验后画出的正确力的图示； ②下列措施可以减小实验误差的是______（只有一个选项正确） A．橡皮条应与两绳套夹角的平分线在同一直线上 B．两个分力、的方向要垂直 C．尽量减少弹簧测力计外壳与桌面间的摩擦 D．拉橡皮条的细绳要适当长些，标记同一细绳方向的两点要适当远些 (2)学习力学知识后，某同学又设计了一个验证力的平行四边形定则实验，实验步骤如下： ⅰ.用天平测得物块A的质量为m， ⅱ.如图甲两根竖直杆相距为D，用长为L的不可伸长的轻绳，绕过光滑的轻质动滑轮，动滑轮下端连接物体A，轻绳两端分别固定在杆上P、Q两点，在轻绳的左端连接力传感器，力传感器的重力忽略不计。 ⅲ.改变物块A的质量m，记录力传感器的示数F，测量多组数据，已知重力加速度为g。 ①要验证力的平行四边形定则，力传感器的示数F与物块A的质量m满足关系式=______（用题中给出的物理量表示）。 ②某同学改变物块A的质量，作的图像，如图乙，图像的斜率为k，但是他忘记了记录间距D的大小，利用图乙和已知物理量求=______（L，k，g已知）。 4．某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端拉动弹簧测力计，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和细绳的方向。 （1）本实验用的弹簧测力计的示数单位为N，图中A的示数为______N； （2）下列实验要求不必要的是______（填选项前的字母）； A．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 B．测量重物M 所受的重力 C．细线方向应与木板平面平行 D．每次实验时，手持弹簧测力计B必须水平拉动，使OB与竖直方向垂直 （3）本实验采用的科学方法是______。 A．理想实验法     B．控制变量法     C．等效替代法     D．建立物理模型法 （4）实验结束后，小明同学用其中一个弹簧测力计探究“弹簧所受弹力F 与弹簧长度L 的关系”，绘出如图丁所示图像，则弹簧测力计的劲度系数为______ N/m（保留一位小数）。 5．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）的纸贴在水平桌面上，如图甲所示。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。测力计的示数如图乙所示，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甲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； ①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图甲中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合______。 ②F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。 6．在“探究求合力的方法”的实验中： （1）已有实验器材：木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮筋、铅笔，下列所示的器材中还需要选取_________； （2）某次用弹簧秤拉橡皮筋时弹簧秤的指针位置如图所示，弹簧秤示数为_________N； （3）下列有关该实验的说法中，正确的是_________； A．用两把弹簧秤和用一把弹簧秤拉时应将橡皮筋结点拉至同一位置 B．两分力的夹角越大越好 C．用一把弹簧称拉时，只须记录弹簧称的读数 D．该实验用到了等效替代法 （4）如图所示是甲、乙两名同学在做“探究力的平行四边形定则”的实验时得到的结果。若按实验中要求的符号表示各个力，则可判定其中_________（填“甲”或“乙）实验结果是尊重实验事实的。 7．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，改用一个力F单独拉住小圆环，_________，读出弹簧测力计的示数并记录其方向； 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）本实验采用的科学方法是_________。 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_________。 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 8．某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定在量角器的圆心O的正上方A处，另一端系上绳套1和绳套2。主要实验步骤如下： Ⅰ.弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋与绳套的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F； Ⅱ.弹簧测力计挂在绳套1上，沿水平方向缓慢拉橡皮筋，同时用手拉着绳套2沿120°方向缓慢拉橡皮筋。使橡皮筋与绳套的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F1； Ⅲ.根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力大小F1′＝_______F； Ⅳ.比较_______，若在误差允许的范围内相同，即可初步验证力的平行四边形定则； Ⅴ.只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤； 若将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向，同时绳套2由120°方向缓慢转动到180°方向，此过程中保持橡皮筋与绳套的结点在O处不动，保持绳套1和绳套2的夹角120°不变。关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是________（填选项前的序号）。 A．逐渐增大 B．先增大后减小 C．逐渐减小 D．先减小后增大 9．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学进行实验的主要步骤是： a.如图甲所示，将橡皮筋的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计； b.沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，读取此时弹簧测力计的示数，分别记录两个拉力F1、F2的大小。用笔在两绳的拉力方向上分别标记a、b两点，并分别将其与O点连接，表示两力的方向； c.再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录其拉力F的大小并用上述方法记录其方向； (1)本实验用到的物理方法是_______； (2)图乙是在白纸上根据实验数据作出的力的图示，其中________是F1和F2合力的理论值（填写或）； (3)实验中的一次测量如图丙所示，两个测力计M、N的拉力方向互相垂直，即α+β＝，若保持测力计M的读数不变，当角α由图中所示的值逐渐增大时，要使橡皮筋的活动端仍在O点，可采用的办法是______； A．增大N的读数，增大β角               B．减小N的读数，增大β角 C．减小N的读数，减小β角               D．增大N的读数，减小β角 参考答案 1．(1)等效替代 (2)CD (3)B 2．(1)B (2)A 3．(1) A D (2) 4． 2.6 AD C 200.0 5． 4.0 4.0 0.05 6． AC/CA 2.62/2.60/2.61/2.63/2.64 AD/DA 甲 7． 仍使小圆环处于O点 C 4.00 A 8． F1和F1′ A 9． 等效替代法 D 学科网（北京）股份有限公司 $