2020-2021学年4 力的合成和分解第2课时练习题

第三章　相互作用——力

4　力的合成和分解

第2课时　实验:探究两个互成角度的力的合成规律

基础过关练

题组一　实验操作与注意事项

1.在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,把橡皮条一端固定于P点,另一端(自由端)通过细绳套连接两个弹簧测力计a、b,并将该端拉至O点,如图所示。下列操作不正确的是              (　　)

A.读数时,视线要垂直弹簧测力计的刻度板

B.平行于木板拉弹簧测力计,且示数不能超过最大测量值

C.改用一个弹簧测力计拉橡皮条时,自由端仍要拉到O点

D.保持弹簧测力计b的位置不变,改变弹簧测力计a的位置,重复实验

2.(2021山东青岛一中高一上期末)某实验小组用如图所示的装置做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验时,其中的两个实验步骤是:

①在竖直平面内,将小圆环拴在橡皮条的下端,用两个弹簧测力计互成角度地拉动小圆环到O点,在白纸上记下O点的位置,记录两弹簧测力计的读数F1和F2;

②用一个弹簧测力计通过小圆环拉橡皮条,使橡皮条的伸长量与用两个弹簧测力计拉时的伸长量相同,记下此时弹簧测力计的读数F及方向。

(1)步骤①中,必要的是　　　　; 

A.弹簧测力计在使用前应校零

B.测出橡皮条的原长

C.用两个弹簧测力计拉动小圆环时,要保持弹簧测力计相互垂直

(2)步骤①中的疏漏是　                   ; 

(3)步骤②中的疏漏是　                   。 

题组二　实验原理与数据处理

3.在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,某同学的实验结果如图所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为小圆环的位置。图中　　　　是力F1与F2的合力的理论值;　　　　是力F1与F2的合力的实验值。通过把　　　　和　　　　进行比较,探究力的合成规律。 

4.(2021广东中山一中高一上月考)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,先用一个弹簧测力计拉与橡皮条的另一端连接的细绳套,使绳套的结点到某一点并记下该点的位置;再用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条。

(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项:

A.两根细绳必须等长

B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上

C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行

D.在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等

E.在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将绳套的结点拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置

其中正确的是　　　　(填入相应的字母)。 

(2)某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力F1和F2,图中小正方形的边长表示2 N,两力的合力用F表示,F1、F2与F的夹角分别为θ1和θ2。关于F1、F、θ1和θ2说法正确的有　　　　。 

A.F1=4 N　　　　B.F=12 N

C.θ1=45°　　　　D.θ1<θ2

能力提升练

题组一　实验数据处理

1.(2021福建三明一中高三上月考,节选,)如图所示,某物理兴趣小组的同学利用如图(a)所示的装置来做“验证力的平行四边形定则”实验,其中OB为橡皮筋。

(1)某次实验中一弹簧测力计的指针位置如图(b)所示,可知拉力的大小为　　　　N。(保留三位有效数字) 

(2)图(c)所示是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果,其中F'为用一个弹簧测力计拉时橡皮筋所受到的拉力,则其中　　　　(选填“甲”或“乙”)同学测得的实验结果比较符合实验事实。 

2.(2021山东诸城一中高三上测试,)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,有如下器材:木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一只弹簧测力计。

(1)为了完成实验,某同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,得到的实验数据如下表:

①根据表中数据在下面的坐标系中作出F-x图像;

②通过图像求得该弹簧的劲度系数k=　　　　N/m。(结果保留两位有效数字) 

(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图甲所示,其读数为　　　　N;同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N。 

①请在图乙中画出这两个共点力的合力F合的图示。

甲

乙

②由图得到F合=　　　　N。(结果保留两位有效数字)深度解析 

题组二　实验情境创新

3.(2020湖北武汉中学高一期中,)某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则,设计了如图所示的实验装置,固定在竖直木板上的量角器的直边水平,橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处,另一端系绳套1和绳套2。

(1)主要实验步骤如下:

①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O处,记下弹簧测力计的示数F;

②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120°方向,记下绳套1弹簧测力计的示数F1;

③根据力的平行四边形定则,计算此时绳套1的拉力F1'=　　　　F; 

④比较F1和F1',即可初步验证力的平行四边形定则;

⑤只改变绳套2的方向,重复上述实验步骤。

(2)保持绳套2方向不变,绳套1从图示位置向下缓慢转动90°,此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动,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

答案全解全析

基础过关练

1.D　为了减小读数误差,读数时,视线要垂直弹簧测力计的刻度板,故A正确;拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳套应贴近木板,与木板平面平行,并且示数不能超过最大测量值,故B正确;为了保证力的作用效果相同,改用一个弹簧测力计拉橡皮条时,自由端仍要拉到O点,故C正确;保持弹簧测力计b的位置不变,改变弹簧测力计a的位置,则自由端将不能拉到原来的O点,故操作不正确,故选D。

2.答案　(1)A　(2)没有记下两个弹簧测力计拉力的方向　(3)没有拉动小圆环到O点

解析　(1)弹簧测力计使用前应校零,故A正确;橡皮条的原长不影响实验结果,所以不用测量,故B错误;两个弹簧测力计相互垂直与否与实验结果无关,故C错误。

(2)拉动小圆环到O位置时,记录两弹簧测力计的读数F1和F2及方向;步骤①中的疏漏是没有记录拉力的方向。

(3)用一个弹簧测力计拉橡皮条时,仍需将小圆环拉到O位置,这样就保证两次力的作用效果相同,步骤②中的疏漏是没有将小圆环拉到O位置。

3.答案　F　F'　F　F'

解析　F1、F2合力的理论值是指通过平行四边形定则求出的合力值,而其实验值是指用一个弹簧测力计拉小圆环时所测得的数值,由此可知F是F1、F2合力的理论值,F'是合力的实验值;该实验的目的就是通过比较F'和F,探究力的合成规律。

4.答案　(1)CE　(2)BC

解析　(1)细绳的作用是显示出力的方向,所以不必等长,故A错误;用两个弹簧测力计分别钩住两细绳拉橡皮条时,只要确保拉到同一点即可,橡皮条不一定在两细绳夹角的平分线上,故B错误;在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行,故C正确;两弹簧测力计示数不需要等大,只要便于作出平行四边形即可,故D错误;在该实验中要求每次拉橡皮条时要使橡皮条的长度和方向都相同,即结点要拉到同一位置,这样两次的效果才等效,故E正确。

(2)根据平行四边形定则,作出两个力的合力,由图可知F1=4 N,合力F=12 N,根据几何关系知F1与F的夹角为θ1=45°,由图可知θ1>θ2,故选B、C。

能力提升练

1.答案　(1)3.00　(2)甲

解析　(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N,则拉力的大小为3.00 N。

(2)因为只用一个弹簧测力计拉时橡皮筋所受到的拉力F'的方向应该在橡皮筋的延长线上,而F是用两个弹簧测力计拉橡皮筋时用平行四边形定则作出的合力,则甲同学测得的实验结果比较符合实验事实。

2.答案　(1)①见解析图　②54　(2)2.10　①见解析图　②3.3

解析　(1)①先描点,后作一条直线,使尽可能多的点落在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,如下图所示;

　　②图线的斜率表示弹簧的劲度系数k,据图可知

k= N/m≈54 N/m。

(2)弹簧测力计的读数为2.10 N;①设每单位长度为1 N,则合力F合的图示如图所示。

　　②经测量得出合力F合=3.3 N。

方法技巧 求合力的方法

(1)用作图法求合力时,各个力的图示须采用同一标度,并且所选力的标度的比例要适当。

(2)平行四边形定则是进行矢量运算的通用法则,适用于任何矢量的运算。

3.答案　(1)　(2)D

解析　(1)③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1'=F tan 30°=F;

(2)保持绳套2方向不变,绳套1从图示位置向下缓慢转动90°,此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动,说明两个绳套拉力的合力不变,作图如下:

由图可知绳套1的拉力先减小后增大,故A、B、C错误,D正确。