第二单元 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律 (Word练习)-【高考快车道】2027年高考物理大一轮总复习（通用版）

**基本信息** 聚焦力的合成规律探究，通过5道实验题构建从基础操作到创新应用的训练体系，强化科学探究与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础操作|题1|实验步骤补全|从力的测量到方向记录，构建实验操作逻辑链| |器材创新|题2、3|非常规器材应用|拓展弹簧、传感器等器材变式，深化等效替代思想| |数据处理|题3、5|误差分析与计算|衔接力的图示与实际测量，培养科学论证能力| |动态分析|题4|力的动态平衡|结合数学推理分析力的变化，提升科学推理素养|

实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 1.②CD　③步骤②中标记的小圆环位置　⑤大小与方向在误差允许的范围内是否相同 [解析] ②验证力的平行四边形定则需要记录力的大小和方向,同时为了达到相同的作用效果,需要记录圆环位置,并用一个测力计拉动时将圆环拉到相同位置,故选C、D. ③将小圆环拉到步骤②中标记的小圆环位置,以保证力的作用效果相同. ⑤在误差允许的范围内,比较F'、F的大小是否相等,方向是否相同,验证力的平行四边形定则. 2.(1)等效替代　(2)结点A到达的位置　(3)2.00　(4)BD [解析] (1)本实验采用的是等效替代法,因此实验成功的关键是两次操作中结点A到达同一位置. (2)步骤B中除记录F1的大小和方向外,还需记录结点A到达的位置. (3)由题图乙知,弹簧测力计的分度值是0.1 N,因此示数是2.00 N. (4)作出力的矢量三角形,如图所示,可知拉绳L2的弹簧测力计的示数一直变小,故B正确,A错误;拉绳L3的弹簧测力计的示数先变小后变大,故C错误,D正确. 3.(1)1.98　大小相等,方向相反　(2)有　(3)小于 [解析] (1)根据二力平衡可得F=mg=202.5×10-3×9.8 N≈1.98 N,若改变细绳OA、OB所成角度多次测量,根据平衡条件可知在实验误差允许范围内,均有F合与F大小相等,方向相反. (2)实验中,圆盘未竖直安装,由于力传感器仅能测量沿其中轴线方向作用力的大小,对侧向作用力不显示,则力传感器测量的是绳子拉力沿圆盘平面的分力,并不是绳子的实际拉力,所以对实验结果有影响. (3)据受力平衡可知,F1、F2的合力大小等于钩码的重力,若在实验过程中将细绳的结点调节至圆盘圆心的正下方,则角度α1、α2的测量值偏大,即F1、F2的夹角测量值偏大,根据平行四边形得到合力理论值F合偏小,则F合小于钩码的重力. 4.(1)8m　(2)143°　(3)顺时针　(4)无 [解析] (1)若一根绳挂的质量为4m,另一根绳挂的质量为12m,则两绳子的拉力分别为:4mg、12mg,两绳子拉力的合力F的范围是≤F≤,则8mg≤F≤16mg,三力的合力为零,则第三根绳挂的质量一定不小于8m. (2)三力的合力为零,则三力必然为首尾相连的矢量三角形,三根绳的拉力刚好构成首尾相连的直角三角形,如图所示,得tan α== ,可得OP1和OP2之间轻绳的夹角为θ=90°+53°=143°. (3)滑轮P2下所挂的钩码质量变为10m后,滑轮P2和P1下所挂的钩码质量相等,此时OP3应位于∠P1OP2的角平分线的反向延长线上,故需要顺时针移动一定角度. (4)实验中只需保证O点平衡即可,对桌面是否水平要求对实验结果无影响. 5.(2)100　(4)2.95　(5)如图甲所示　2.80(2.70~3.00均正确)　(6)如图乙所示 [解析] (2)根据二力平衡可得kAxA=mg,可得弹簧A的劲度系数为kA==N/m=100N/m. (4)弹簧B的劲度系数为kB== N/m=50 N/m,测得此时弹簧B的长度为13.90 cm,此时弹簧B的弹力大小为F'=50×(13.90-8.00)×10-2 N=2.95 N. (5)弹簧A、B通过细线水平拉动,把橡皮筋结点拉到某一位置并标记为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,则有FA=100×(8.10-6.00)×10-2 N=2.10 N,FB=50×(11.80-8.00)×10-2 N=1.90 N,则按照给定的标度作出FA、FB的图示, 然后以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形,以这两个邻边之间的对角线表示力F,如图甲所示,由图可知F=2.80 N. (6)在题图丁中按照给定的标度作出F'的图示,如图乙所示. 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验三　探究两个互成角度的力的合成规律 (限时40分钟) 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　　　　.  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撤掉一个测量计,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的定则.  2.[2025·安徽阜阳三模] 某物理兴趣小组的同学在家中找到一根轻弹簧,并准备了装有水的矿泉水瓶、刻度尺、三角板、弹簧测力计和细绳等器材,设计如下实验验证力的平行四边形定则.其操作如下: A.在竖直木板上用图钉固定一张白纸,把轻弹簧一端固定在O点,弹簧自然水平放置时,另一端在O'点; B.如图甲所示,三根轻绳的结点为A,L1连接轻弹簧,L2连接弹簧测力计,L3连接盛有水的矿泉水瓶.调整弹簧测力计的拉力大小和方向,使L1水平; C.去掉L3及矿泉水瓶,重新水平拉弹簧测力计; D.整理实验器材; E.根据实验记录的数据及痕迹,作图验证平行四边形定则. 根据以上操作,回答以下问题: (1)本实验采用的物理方法是　　　　法.  (2)步骤B中除记录弹簧测力计的示数F1和方向外,还需记录　　　　　　　　　　.  (3)为达到实验目的,还需测量矿泉水瓶及水的重力.完成步骤C后,用弹簧测力计测量矿泉水瓶及里面水的重力,如图乙所示,则矿泉水瓶及里面水的重力F2为　　　　N,根据记录的数据和痕迹完成平行四边形定则的验证.  (4)在上述实验中,把矿泉水瓶换成另一个轻弹簧测力计拉绳L3.把轻弹簧水平拉开一段位移后,这时绳L2、L3的夹角为120°,保持结点A的位置不变、绳L1水平、绳L2的方向不变,逐渐减小绳L2、L3的夹角直至夹角为60°的过程中,下列关于两个弹簧测力计示数的说法正确的是　　　　.  A.拉绳L2的弹簧测力计的示数先变小后变大 B.拉绳L2的弹簧测力计的示数一直变小 C.拉绳L3的弹簧测力计的示数一直变小 D.拉绳L3的弹簧测力计的示数先变小后变大 3.[2025·宁夏银川三模] 已知力传感器仅能测量沿其中轴线方向作用力的大小,对侧向作用力不显示.某同学用图甲所示的装置探究两个互成角度的力的合成规律.先将传感器安装在竖直圆盘上,使其中轴线沿圆盘径向固定,细绳OC竖直悬挂一只钩码,细绳OA、OB分别挂在力传感器1、2的挂钩上,O点为绳的结点,测量前将结点O调整至圆盘圆心处.如图乙所示为某次计算机根据测得细绳OA、OB上的拉力F1、F2作出的力的图示,α1、α2分别为传感器1、2的中轴线与竖直方向的夹角.以F1、F2为邻边作平行四边形得到对角线,记为F合,细绳OC对结点O的拉力记为F(说明:F合与F的大小可由计算机算出).已知砝码的质量m=202.5g,重力加速度大小g取9.8 m/s2. (1)根据实验数据可计算出F=　　　　N(结果保留3位有效数字).若改变细绳OA、OB所成角度多次测量,在实验误差允许范围内,均有F合与F　　　　　　　　,则说明力的合成遵循平行四边形定则;  (2)实验中,圆盘未竖直安装,对实验结果　　　　(选填“有”或“无”)影响;  (3)若在实验过程中将细绳的结点调节至圆盘圆心的正下方,则F合　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)钩码的重力.  4.[2025·河北廊坊模拟] 某物理实验小组用如图所示器材探究两个互成角度的力的合成规律.在圆形水平桌面上平铺并固定一张白纸,在桌子边缘安装三个光滑的滑轮,其中滑轮P2固定在桌子边,滑轮P1、P3可沿桌边移动.三根绳子系在同一点O,在每根轻绳下分别挂上一定数量的钩码,并使结点O(不与桌面接触)静止.(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) (1)若一根绳挂的钩码质量为4m,另一根绳挂的钩码质量为12m,则第三根绳挂的钩码质量一定不小于　　　　.  (2)若滑轮P1下所挂的钩码质量为10m、滑轮P2、P3下所挂的钩码质量分别为8m、6m,则当结点O静止时,轻绳OP1、OP2之间的夹角∠P1OP2大小为　　　　.  (3)若保持(2)中滑轮P1和P3下所挂的钩码不变,滑轮P1位置不变,将滑轮P2下所挂的钩码质量变为10m,为了使整个系统保持平衡,从俯视角度来看,需要把滑轮P3　　　　(选填“顺时针”或“逆时针”)移动一定角度.  (4)实验后,小组成员发现实验中桌面不水平,对实验结果　　　　(选填“有”或“无”)影响.  5.[2025·黑龙江哈尔滨模拟] 某同学在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中进行了如下操作: (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,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,弹簧A的劲度系数为kA=　　　　N/m.  (3)如图乙,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通过细线水平拉动,把橡皮筋结点拉到某一位置并标记为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标记点P1和P2; (4)如图丙,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,并在细线的某一位置标记点P,此时弹簧B的弹力大小为F'=　　　　N(计算结果保留三位有效数字);  (5)根据步骤(3)所测数据,在图丁中按照给定的标度作出FA、FB的图示.然后以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形,以这两个邻边之间的对角线表示力F,测出F的大小为　　　　N(结果保留三位有效数字).  (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. 学科网（北京）股份有限公司 $