【高考突破方案】第二章 实验三探究两个互成角度的力的合成规律 -强化训练（解析版）高考物理一轮复习

相互作用
实验三　探究两个互成角度的力的合成规律
　1.一个实验小组利用图甲装置进行“探究求合力的方法”实验.
（1）下列说法中正确的是 　　　.
A.在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化
B.弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下
C.F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程
D.为减小测量误差，F1、F2间夹角应为90°
（2）弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为　　　N.
（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
【答案】 （1）AC　（2）4.00　（3）C
【解析】 （1）要保证两个弹簧测力计的拉力与一个弹簧测力计的拉力效果相同，橡皮条要沿相同方向且伸长量相同，则O点的位置应固定，故A正确；本实验是在水平面作力的图示，为了减小误差弹簧测力计必须保持与木板平行，橡皮条及挂钩码的细绳必须在同一平面内，弹簧测力计拉细线时，拉力方向不一定要竖直向下，故B错误；在测量的过程中F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程，否则误差比较大，故C正确；本实验只要使两次效果相同就行，两个弹簧测力计拉力的方向没有限制，并非一定要夹角为90°不变，故D错误.
（2）由图乙弹簧测力计的指针指示可知，拉力F的大小为4.00 N.
（3）本实验中，合力产生的效果与两个分力产生的效果是相同的，所以采用的科学方法是等效替代法，C正确.
　2.为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架，弹簧，直尺，量角器，坐标纸，细线，定滑轮（位置可调）两个，钩码若干.支架带有游标尺和主尺，游标尺（带可滑动的指针）固定在底座上，主尺可升降，如图1所示.
实验步骤如下：
（1）仪器调零.如图1，将已测量好的劲度系数k为5.00 N/m的弹簧悬挂在支架上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线，调节支架竖直.调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐.滑动指针，对齐挂钩上的O点，固定指针.
（2）搭建的实验装置示意图如图2.钩码组的质量mA＝40 g，mB＝30 g，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针.实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面.此时测得α＝36.9°，β＝53.1°，由图3可读出游标卡尺示数为　　　　　 cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F＝　　　　　 N.当地重力加速度g为9.80 m/s2.
（3）请将第（2）步中的实验数据用力的图示的方法在坐标纸中作出，用平行四边形定则作出合力F′.
（4）依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较F′和F的大小和方向，得出结论.实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果　　　　　（选填“有”或“无”）影响.
【答案】 （2）9.78　0.489　（3）见解析　（4）无
【解析】 （2）游标卡尺精度为＝0.1 mm，示数为97 mm＋8×0.1 mm＝97.8 mm＝9.78 cm，则弹簧拉力的增量为ΔF＝kΔx＝5.00×9.78×10－2 N＝0.489 N.
（3）根据题意可知，细线OA的拉力为FOA＝mAg＝40×10－3×9.80 N＝0.392 N，细线OB的拉力为FOB＝mBg＝30×10－3×9.80 N＝0.294 N.根据FOA、FOB的大小及α＋β＝90°，可作出FOA、FOB及其合力F′的图示如图.
（4）根据实验原理，本实验需要验证的是FOA与FOB的合力是否与弹簧弹力和铅垂线上小钩码的重力之差等大反向，所以小钩码的重力对实验结果无影响.
　3.某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N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）.
（1）具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是　　　　　Ｗ.
A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上
B.重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同
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.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力
（2）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　　　　　.
【答案】 （1）BC　（2）B
【解析】 （1）为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，A错误；只要每一组实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即结点O的位置相同，不需要每次实验时结点O的位置都相同，B正确；使用弹簧测力计时，施力方向应沿弹簧测力计轴线；读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，C正确；合力可以大于任一分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，D错误.
（2）A、D图中选取的力的标度过大，导致画力时，表示力的大小的线段太短，且A图各点太近，确定力的方向误差较大，不利于提高实验精确度；B图和C图选用的标度相同，但C中力较小，故B符合题意.
　4.甲同学尝试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c，下端用细线挂一重物Q.弹簧测力计b的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，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点的位置和拉线的方向.
（1）图中弹簧测力计a的示数为　　　　　 N.
（2）下列必要的实验要求是　　　　.（请填写选项前对应的字母）
A.应测量重物Q所受的重力
B.弹簧测力计应在使用前校零
C.拉线方向应与木板平面平行
D.改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置
（3）乙同学换用两个弹簧测力计拉橡皮筋到O点，两弹簧测力计读数分别为F1和F2，用一个弹簧测力计拉橡皮筋到O点时读数为F′，通过作图法验证平行四边形定则时，图中符合实际情况的是　　　　　.
【答案】 （1）5.80　（2）ABC　（3）C
【解析】 （1）如图所示弹簧测力计，每1 N被分成10格，则1格就等于0.1 N，所以图中弹簧测力计a的示数为5.80 N.
（2）实验通过作出三个力的图示，来验证“力的平行四边形定则”，因此重物Q所受的重力必须要测量，故A正确；实验中用弹簧测力计测出力的大小，所以必须在使用前校零，故B正确；拉线方向必须与木板平面平行，这样才能使各力在同一平面内，故C正确；改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止，但不必静止在同一位置，故D错误.
（3）实际测量的合力F′与橡皮筋在同一条直线上，由平行四边形定则作出的合力F为理论值，与实际值F′有一定的偏差，故C正确，A、B、D错误.
　5.如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板上的多个位置：
（1）请把下面的实验步骤补写完整.
①三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使得系统静止不动；
②把一张画有等间距同心圆的厚纸，紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点O处，有足够多等间距同心圆作为画图助手，这样做为的是方便作出力的图示.你认为本实验有必要测量钩码所受的重力大小吗？答：　　　　（选填“有”或“没有”，不必说明理由）；
③记录三段绳子悬挂的钩码个数以及三段绳子的方向；
④根据记录的数据，作出三段绳子上的拉力FA、FB、FC的图示；
⑤以表示FA、FB的线段为邻边，画出平行四边形，如果平行四边形的对角线所表示的力与FC近似　　　　　　，则在实验误差允许的范围内验证了力的平行四边形定则.
（2）在图中A、B、C三段绳子上分别悬挂了4、5、6个钩码而静止不动，图中OA、OB两段绳子与竖直方向的夹角分别为α、β，如果本实验是成功的，那么应接近于.
【答案】 （1）没有　等大反向　（2）1.25
【解析】 （1）②每个钩码的质量相同，可以通过钩码的个数表示力的大小，没有必要测量钩码所受的重力大小.
⑤FA、FB、FC三力平衡，通过平行四边形可以做出FA和FB的合力，若近似与FC等大反向，即可在实验误差允许的范围内验证了力的平行四边形定则.
（2）根据平衡条件可知在水平方向FAsin α＝FBsin β，
则＝＝＝1.25.