实验：探究两个互成角度的力的合成规律 同步练-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

实验：探究两个互成角度的力的合成规律 一、实验原理与操作 1．在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端连接轻质小圆环，如图所示。 (1)下列实验操作正确的是________。 A. 实验中，两个弹簧测力计的示数必须相等 B. 实验中，只需记下弹簧测力计的示数 C. 用一个弹簧测力计与用两个弹簧测力计拉橡皮条时，只需满足橡皮条的长度相等 D. 拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、拉力方向应与木板平面平行 (2)某次实验中，若两个弹簧测力计的读数均为 4 N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则________(选填“能”或“不能”)用一个测量范围为0～5 N 的弹簧测力计测量出它们的合力。 二、数据处理与误差分析 2．某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验装置如图甲所示，其中A点处为固定橡皮条的图钉，O点处为与橡皮条连接的轻质小圆环，OB和OC为细绳。根据实验记录结果在白纸上所作力的示意图如图乙所示，已知实验过程中操作均正确。 (1)图乙中的F与F′两个力中，方向一定沿AO方向的是________(选填“F”或“F′”)。 (2)本实验采用的科学方法是________。 A. 理想实验法 B. 等效替代法 C. 控制变量法 D. 建立物理模型法 (3)图丙是测量中某一弹簧测力计的示数，读出该力大小为________N。 3．用等效替代法做“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点处为固定橡皮条的图钉，O点处为与橡皮条连接的轻质小圆环的位置，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图。 　　　　 (1)本实验中“等效替代”的含义是________。 A. 橡皮条可以用细绳替代 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. 两个弹簧测力计共同作用的效果可以替代一个弹簧测力计的作用效果 (2)(多选)下列措施能够减小实验误差的是________。 A. 拉橡皮条上小圆环的绳细一些且长一些 B. 拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板面平行 C. 标记同一细绳方向的两点要远些 D. 使拉力F1和F2的夹角很小 4．某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材探究两个互成角度的力的合成规律。他们设计了如图所示的实验装置，让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正上方的A处，另一端通过两根细绳分别与绳套1和绳套2相连。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°刻度的方向缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋与绳的结点仍到达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′＝____①____； Ⅳ. 比较____②____，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。 回答下列问题。 (1)完成实验步骤：①________________；②__________________。 (2)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的结点在O处不动，并且保持连接绳套1和绳套2的细绳间的夹角120°不变。关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是________。 A. 逐渐增大 B. 先增大后减小 C. 逐渐减小 D. 先减小后增大 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 1． 解析：(1)实验中两个弹簧测力计的示数是否相等对实验结果没有影响，故A错误；实验中，不仅要记录弹簧测力计的示数，还要记录拉力的方向，故B错误；为了保证作用效果相同，要求两次实验必须把小圆环拉到同一位置，橡皮条的长度相等但方向不同也不行，故C错误；为了减小误差，拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、拉力方向应与木板平面平行，弹簧测力计不能与木板接触，故D正确。 (2)若两个弹簧测力计的读数均为4 N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则两个力的合力大小为F＝＝ N≈5.7 N>5 N，合力超过了弹簧测力计的测量范围，故该弹簧测力计不能测量它们的合力。 答案：(1)D　(2)不能 2． 解析：(1)F是通过作图的方法得到的合力的理论值，而F′是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点时测量出的合力，故方向一定沿AO方向的是F′，由于误差的存在，F和F′并不完全重合。 (2)合力与分力是等效替代的关系，所以本实验采用的是等效替代法，故选B。 (3)弹簧测力计的读数为3.6 N。 答案：(1)F′　(2)B　(3)3.6 3． 解析：(1)本实验中两次均把橡皮条上的小圆环拉到同一点O，则“等效替代”的含义是两个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，故选D。 (2)拉橡皮条上小圆环的绳细一些且长一些，标记同一根细绳方向的两点相距远一些，这样可减小记录力的方向时产生的误差，选项A、C正确；拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板面平行，选项B正确；拉力F1和F2的夹角大小要适当，不能很小，也不能很大，选项D错误。 答案：(1)D　(2)ABC 4． 解析：(1)由力的平行四边形定则计算绳套1的拉力 F1′＝F tan 30°＝F。比较F1和F1′，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。 (2)两个绳套在转动过程中，分力的夹角与合力保持不变，根据平行四边形定则在几个特殊位置作图，如图所示，分析可知，绳套1的拉力大小逐渐增大，故A项正确。 答案：(1)①F　②F1和F1′　(2)A $