第7讲　实验3 探究两个互成角度的力的合成规律--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
第7讲　实验3:探究两个互成角度的力的合成规律
1.(8分)(2026天津红桥期中)某实验小组做“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为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
(1)按照正常实验操作,图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是　　　(选填“F”或“F'”)。
(2)在某一次实验中,其中一弹簧测力计的指针如图丙所示,则其读数 F1=　　　　,另一拉力F2的大小为1.80 N。
(3)F1、F2的方向如图丁所示,请在图丁中用力的图示法画出F1、F2的合力。
2.(10分)(2025北京平谷模拟)某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。图甲为某次实验中用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环的示意图,其中A为固定橡皮条的图钉,O为标记出的小圆环的位置,OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据该次实验结果画出的图。
(1)本实验主要采用的科学方法是　　　　(填选项前字母)。
A.控制变量法
B.等效替代法
(2)图甲所示的操作过程是:用两个规格相同的弹簧测力计,通过细绳沿平行木板平面的不同方向同时拉挂在橡皮条一端的小圆环,将小圆环拉至某点O,记下O点位置和两细绳的方向,并读出两个拉力的大小。左侧弹簧测力计的示数F1=2.00 N,由图甲可读出右侧弹簧测力计的示数F2=　　　　　　　　 N。
(3)图乙中的力F和力F',一定沿橡皮条AO方向的是　　　　(选填“F”或“F'”)。
(4)在另一次实验中,该同学用两个弹簧测力计,通过细绳对小圆环施加平行木板平面的拉力作用,两个拉力的方向如图丙所示。如果小圆环可视为质点,且小圆环、橡皮条和细绳的重力可忽略不计,小圆环平衡时,橡皮条AO、细绳OB和OC对小圆环的拉力分别为F1、F2和F3,关于这三个力的大小关系,正确的是　　　　(填选项前字母)。
丙
A.F1>F2>F3　　 B.F3>F1>F2
C.F2>F3>F1 D.F3>F2>F1
3.(10分)(2025山东潍坊二模)某小组用三根规格相同的橡皮筋(遵循胡克定律)、细线、重物、刻度尺、三角板、白纸、图钉、木板等器材探究两个互成角度的力的合成规律,实验操作如下:
①用细绳拴住橡皮筋两端,确保三根橡皮筋两结点间原长相同,用刻度尺量出橡皮筋的原长;
②木板竖直固定,用图钉将白纸固定在木板上;
③将一根橡皮筋上端的细绳固定在a点,下端细绳连接重物,如图甲所示,待重物静止后记录结点位置,并标记为O,用刻度尺量出橡皮筋1两结点间的长度;
④将另外两根橡皮筋上端的细绳分别固定在b、c两点,下端的细绳连接(结点为O')并悬挂同一重物,如图乙所示,待重物静止后用刻度尺分别量出橡皮筋2和3两结点间的长度;
⑤用橡皮筋伸长量表示其受力的大小,作出橡皮筋1对O拉力的图示F1,橡皮筋2和3对O'拉力的图示F2和F3;
⑥以F2和F3为邻边作平行四边形,比较F1与平行四边形对角线的大小方向,寻找规律。
请回答下列问题:
(1)关于本实验,下列说法正确的是　　　　。
A.图乙中b、c两点可以不在同一高度处
B.图乙中橡皮筋2和3需调整至互相垂直
C.若橡皮筋规格不相同,对实验无影响
D.重物质量适量大些,可以减小实验误差
(2)步骤④中有遗漏,请补充:　　　　　　　　　　　　。
(3)该实验中合力F1和两个分力F2、F3可以等效替代,其作用效果是　　　　　　　。
4.(12分)某兴趣小组自制弹簧测力计做探究两个互成角度的力的合成规律的实验。
甲
乙
丙
(1)用来制作弹簧测力计的弹簧有a、b两种型号,两弹簧弹力与弹簧长度的关系如图甲所示,则选用　　　　弹簧做弹簧测力计误差较小,　　　　弹簧的原长较长。(均选填“a”或“b”)
(2)该小组进行实验操作的装置如图乙所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳,关于实验操作,下列说法正确的是　　　　。
A.在使用两弹簧测力计拉细绳时要保证两弹簧测力计示数相等
B.橡皮条应与两绳夹角的角平分线在同一直线上
C.在使用弹簧测力计时要注意弹簧测力计与木板平面平行
D.在同一次实验中,结点O必须拉到同一位置
(3)进行完正确的实验操作后,如图丙所示,根据实验结果在白纸上用力的图示法画出拉力F1、F2和F',以表示F1、F2两个力的有向线段为一组邻边作平行四边形,这一组邻边之间的对角线为F,图中F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是　　 　　,若　　　　　　　　　　 　　,则验证了力的平行四边形定则。
5.(10分)(2025山东滨州模拟)某中学研究小组的同学们用一只弹簧测力计和一个量角器等器材做验证力的平行四边形定则的实验。设计的装置如图所示,固定在竖直木板上的量角器直边水平,橡皮筋一端固定在量角器圆心O正下方的A点,另一端系着绳套1和绳套2。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。
(1)实验步骤如下:
①将弹簧测力计挂在绳套1上,竖直向上拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O点,记下弹簧测力计的示数F;
②将弹簧测力计挂在绳套1上,手拉着绳套2,缓慢拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O点,此时绳套1沿0°方向,绳套2沿127°方向,如图所示,记下弹簧测力计的示数为F1;
③根据力的平行四边形定则计算②中绳套1的拉力大小F1'=　　　　(用F表示);
④比较F1与　　　　(选填“F”或“F1'”)的大小,即可验证力的平行四边形定则。
(2)下列实验要求正确的是　　　　。
A.在实验前弹簧测力计不需要进行校零
B.弹簧测力计轴线、细绳、橡皮筋应与木板平面平行
C.与两绳套相连的细绳之间的夹角越大越好
D.同一次实验中,改变拉力,进行多次测量,每次都要使橡皮筋的结点静止在O点位置
(3)现保持绳套1及结点(在O点位置)位置不变,绳套2沿逆时针缓慢转动27°过程中,绳套2的拉力的变化情况是　　　　。
A.逐渐增大 B.先增大后减小
C.逐渐减小 D.先减小后增大
答案：
1.答案 (1)F'　(2)1.60 N　(3)见解析图
解析 (1)在图乙中的F是两力F1和F2的合力,是理论值,F'是实验值,故方向一定沿AO方向的是F'。
(2)该弹簧测力计分度值是0.1 N,估读到下一位,则其读数为1.60 N。
(3)根据平行四边形定则,利用力的图示法画出F1和F2的合力如图所示。
2.答案 (1)B　(2)1.90(1.89~1.91均可)　(3)F　(4)A
解析 (1)该实验过程中,其合力与分力的作用效果相同,所以本实验主要采用的科学方法是等效替代法,故选B。
(2)由题图甲可知,图中弹簧测力计每一个小格表示0.1 N,需估读到下一位,所以其右侧弹簧测力计的读数为1.90 N。
(3)由题图乙可知,F'是F1和F2所组成的平行四边形的对角线,所以其为理论值,由此可知,F为实际值,即力F的方向一定沿橡皮条AO方向。
(4)最后绳子的结点O静止,由平衡条件,竖直方向有F1=F2cos 30°+F3cos 60°,水平方向有F2sin 30°=F3sin 60°,整理有F2=F3,F1=F2,即F1>F2>F3,故选A。
3.答案 (1)AD　(2)记录O'位置(或两根橡皮筋的方向)　(3)将重物提起且保持静止
解析 (1)实验中,b、c两点的高度并不影响力的合成,只要保证结点在同一位置即可,A正确;橡皮筋2和3不需要互相垂直,它们可以互成任意角度,实验的目的是探究任意角度的力的合成规律,B错误;橡皮筋规格不同会导致伸长量与力的关系不一致,影响实验结果,C错误;重物质量较大时,橡皮筋的伸长量更明显,测量误差相对较小,D正确。
(2)将两根橡皮筋分别固定在b、c两点,并悬挂同一重物,但未明确记录结点O'的位置。为了后续作图和分析,需要记录O'点的位置或者记录两橡皮筋的方向。
(3)合力F1和两个分力F2、F3的等效替代作用效果是提起重物并使物体保持静止。
4.答案 (1)b　b　(2)CD　(3)F'　F与F'两力在误差允许范围内相同
解析 (1)根据胡克定律F=k(l-l0)=kl-kl0,结合题图甲可知,a的劲度系数大,原长小,当拉力一定时,选用b做的弹簧测力计伸长的长度较大,测量误差较小。
(2)两弹簧测力计示数合适即可,不需要相等,故A错误;实验中,为了便于作出平行四边形,应使两细绳之间的夹角适当大一些,但不需要使橡皮条与两绳夹角的角平分线在同一直线上,故B错误;为了确保准确作出力的图示,需要在使用弹簧测力计时使弹簧测力计与木板平面平行,故C正确;为保证力的作用效果相同,在同一次实验中,结点O必须拉到同一位置,故D正确。
(3)F是通过平行四边形定则作出的理论值,合力的实际测量值是单独用一根弹簧测力计将橡皮条结点拉至O点时,弹簧测力计的示数,该力方向一定沿橡皮条拉伸的方向,可知,方向一定沿AO方向的是F'。若F与F'两力在误差允许范围内相同,则验证了力的平行四边形定则。
5.答案 (1)0.75F　F1'　(2)BD　(3)C
解析 (1)根据力的平行四边形定则可得②中绳套1的拉力大小F1'=Ftan (127°-90°)=0.75F。F1为绳套1拉力的测量值,F1'是相同情况下,利用平行四边形定则计算出的绳套1拉力的理论值,则比较F1与F1'的大小,即可验证力的平行四边形定则。
(2)弹簧测力计在使用前需要校零,故A错误;实验时,弹簧测力计轴线、细绳、橡皮筋应与木板平面平行,故B正确;为尽量减小误差,与两绳套相连的细绳之间的夹角要适当大一些,但不是越大越好,故C错误;同一次实验中,改变拉力进行多次测量时,结点的位置应相同,故D正确。
(3)绳套拉力及其合力如图所示,由图可知,保持绳套1及结点位置不变,绳套2沿逆时针缓慢转动27°过程中,绳套2的拉力逐渐减小。
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