练案13 第二章 第13讲 实验三 探究两个互成角度的力的合成规律-【衡中学案】2027年高考物理一轮总复习练案

练案[13]第13讲实验三探究两个互成角度的力的合成规律 1.(2026·广东深圳月考)某实验小组的同学利用图甲2.实验室里有一根弹簧，某同学用刻度尺测量了弹簧的 实验装置探究“求合力的方法”的实验。图中橡皮条原长，然后用手拉弹簧使其伸长到如图1所示的位置， 的一端固定在水平木板上，M、N为弹簧测力计，A为 该同学想知道此时弹簧的弹力大小。他找了一个测 固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和 力计去拉该弹簧，但发现该测力计的量程不够。于是 OC为细绳。请回答下列问题： 他设计了一个测量弹簧拉力大小的方法：通过用细绳 套让测力计和手同时以一定角度拉弹簧的方法来增 大对弹簧的拉力，其设计的实验装置如图2所示。实 验中保持弹簧伸长沿OC方向不变。 0 图1 图2 单位：N 乙 丙 (1)下列说法中正确的是 (选填正确选项前 A 字母)。 C A.拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板 图3 图4 且与木板平面平行 B.两弹簧测力计系的两条细线必须等长 (1)图1中弹簧指针位置的读数为 cmo C.F、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计 (2)图2实验中测力计的示数如图3所示，其读数为 N。 的量程 (3)如图4所示，该同学已在白纸上画出了绳套拉力 D.为减小测量误差，F、F2方向间夹角应为90° 的方向OA、被测弹簧受到的拉力方向OC和测力 (2)根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示，乙图 计拉绳的方向OB(大小如图3所示)。请你用力 中F、F2、F、F四个力，其中力 (选填上 的图示法在图4中作出弹簧所受的拉力，并从图中 述字母)不是由弹簧测力计直接测得的。 得出弹簧此时所受拉力的大小为 N(结果保 (3)实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是 留两位有效数字)。 (选填正确选项前字母)。 3.某同学用两根完全相同的轻弹簧和一瓶矿泉水等器 A.橡皮条沿同一方向伸长同一长度 材验证“力的平行四边形定则”。实验时，先将一弹簧 B.橡皮条沿同一方向伸长 一端固定在墙上的钉子A上，另一端挂矿泉水瓶，如 C.橡皮条伸长到同一长度 图甲所示；然后将两弹簧一端分别固定在墙上的钉子 D.两个弹簧测力计拉力F和F,的大小之和等于 A、B上，另一端连接于结点O,在结点O挂矿泉水瓶， 一个弹簧测力计拉力的大小 静止时用智能手机的测角功能分别测出AO、B0与竖 (4)丙图是测量中弹簧测力计M的示数，读出该力大 直方向的偏角αB,如图乙所示。改变钉子B的位置， 小为 N 按照上述方法多测几次。 347 A, (2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是 H (填选项前字母)。 A.标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段 绳子的方向 B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度 C.用量角器量出三段绳子之间的夹角 D.用天平测出钩码的质量 (1)依据上述方案并根据力的平行四边形定则，为画 （3)在作图时，你认为 (选填“甲”或“乙”)是 出力的合成图，必须的操作是 (选填选项 正确的。 前的字母)。 A.实验中要使AO、B0长度相同 B.要测量弹簧的原长 C.要测量图甲、乙中弹簧的长度 D.实验中要使结点O的位置始终固定不变 F (2)根据实验原理及操作，为验证力的平行四边形定 乙 则，在作图时，图中 (选填“丙”或“丁”)5.某实验小组要测量一铁块的重力。由于铁块的重力 是正确的。 超过了刻度不清的弹簧秤量程，为不损坏弹簧秤，设 计如下实验，可提供选择器材有：一刻度不清的弹簧 秤、细线、铁块、白纸、刻度尺、钩码、定滑轮。已知当 地重力加速度为g、钩码质量为mo 铁块 丙 入 (3)某次实验中测得图乙中α=30°，B=45°，保持x偏 、B 角不变，将OB从图乙中位置沿顺时针缓慢转到水 甲 平位置，则OA中弹簧的长度将 ,OB中 该小组利用上述实验器材进行实验： 弹簧的长度将 (选填“一直增大”“一直 (1)用弹簧秤竖直挂着钩码，如图甲所示，用刻度尺测 减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”)。 出钩码静止时弹簧秤中弹簧的伸长量，即指针移 4.有同学利用如图所示的装置来探究 动的长度x,计算出弹簧的劲度系数k= 两个互成角度的力的合成规律，在 ⊙ (用m0g、x1表示)。 竖直木板上铺有白纸，固定两个光 (2)用弹簧秤与细线互成角度吊起铁块，如图乙所示， 滑的滑轮A和B,将绳子打一个结 静止时测出弹簧秤中弹簧的伸长量x2,可得此时 点0，每个钩码的重量相等，当系统 弹簧秤的弹力FB=x2。 达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F,、 (3)现已在图丙中画出细线OA、OB、OC的拉力方向及 F2和F3,回答下列问题： OB拉力的大小，并标记结点O。请你在图丙中用 (1)改变钩码个数，实验可能完成的是 (填正 作图法画出OA的拉力F4。 确答案标号)。 (4)用刻度尺量出图丙F4和F对应线段的长度，则 A.钩码的个数N1=N2=2,N3=5 可得铁块的重力G。 B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4 (5)多次实验，测出铁块的重力，需保证∠A0C C.钩码的个数N,=N2=N3=4 ∠BOC(选填“>”“<”或“=”)，才不会 D.钩码的个数N,=3,N2=4,N=5 超过弹簧秤量程。 —348(2) (3)根据平行四边形定则，作出力的图示，如图所示 //mm 0.9N 36.0 3.60 32.0 、B 28.0 24.0 20.0 16.0 6.30N 0 3.(1)BC(2)丙(3)一直增大先减小后增大 (3)设橡皮筋的原长为l。,由平衡条件k(l-l)=mg [解析](1)实验中，题图甲用来测量合力，题图乙用来测量两 可得1=学+场 个分力，根据胡克定律可知，力的大小与弹簧形变量成正比，力 的大小可用弹簧形变量来表示，因此必须测量弹簧的形变量， 结合图像斜率为=m竖 但AO、B0长度不必相同，A错误，B、C正确：实验中矿泉水瓶的 △nk 重力是定值，所以不必保证O点固定不变，D错误。 取点代入数据k=122N/m。 (2)实验中矿泉水瓶的重力方向始终竖直向下，所以x,需要沿 (4)不代表 着竖直方向，故题图丙是正确的。 因为主尺的零刻度略低于橡皮筋的上端，不挂钩码时，游标卡 (3)对O点受力分析，0点处于动态平衡，重力的A, 尺的读数小于橡皮筋的原长。 大小，方向不变，OA绳中拉力方向不变，根据平 行四边形定则可得OA中弹力将一直变大，OB中 5.(1)ms(2)1.0x100.21 弹力将先减小后增大，如图所示。所以OA中弹 [解析](1)橡皮筋拉力沿竖直方向的分力大小等于钩码的重 簧的长度将一直增大，OB中弹簧的长度将先减 力，即7c0s&=mg,T=mg 小后增大。 cos a 4.(1)BCD(2)A(3)甲 cosa,联立解得 (2)根据胡克定律得T=(1-),T=mg, 1 [解析](1)实验中的分力与合力的关系必须满足IF,-FI≤ cos a mg F≤F,+F(等号在反向或同向时取得)，因此B、C、D三项都是 2.0-1 可以的。 .图线斜率为23.022.0)×10mmg01x10N解得6 mg (2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点0的 =1.0x10N/m:延长图乙中的图线与l轴交点表示橡皮筋的原 位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向，故选A。 (3)F的方向一定竖直向下，由于测量误差F,和F2的合力方 长，即6=0.21m。 向可能偏离竖直方向，所以甲是正确的。 练案[13] 5.(1)g (3)见解析(5)> 1.(1)AC(2)F(3)A(4)3.00 [解析](1)测量力的实验要求尽量准确，为了防止摩擦对实 [解析](I)弹簧的劲度系数为k=mS 验结果产生误差，故拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近 (3)作图法画出F如图所示 木板且与木板平面平行，A正确；实验中只要求效果相同，而两 A 弹簧测力计系的两条细线不必等长，B错误：为了准确地测量力 的大小，故F、F,和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量 C 程，C正确；为减小测量误差，F、F2两力夹角不能太大也不能 F 太小，但F、F2方向间夹角不一定为90°，D错误。 、B (2)由图可知，乙图中F、F2、F、F'四个力，F是根据平行四边形 (5)由数学知识可知只有满足∠AOC>LBOC,才能保证Fg<Fd 作图得到的，故不是由弹簧测力计直接测得的。 =G,才不会超过弹簧秤量程。 (3)实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是橡皮条沿 练案[14] 同一方向伸长同一长度，B、C、D错误，A正确。 (4)由丙图可知，测量中弹簧测力计M的示数为3.00N。 1.B水冲沙石，沙石才能运动，因为水的冲击力克服了阻力，故 2.(1)10.00(9.98-10.02)(2)3.60(3.58~3.62) 力是改变运动状态的原因，故A错误：物体保持原有运动状态 (3)见解析图6.0(5.5~6.5) 的性质即为惯性，其大小只与质量有关，质量越大惯性越大，力 是改变物体运动状态的原因，重的大石由于质量太大，惯性太 [解析](1)由图1分析可知，刻度尺的分度值为0.1cm,读数时 大，所以运动状态不容易被水流改变，故B正确；物体的运动不 要估读到分度值的下一位，弹簧指针位置对应的刻度为10.O0cm。 需要力来维持，如沙石不受力的作用时，可以做匀速直线运动， (2)由图3分析可知，弹簧测力计的分度值为0.1N,读数时要 故C错误：“大石不移”是因为水的冲力等于大石受到的阻力， 估读到分度值的下一位，其示数为3.60N。 大石所受的合外力为零，故D错误。 604