高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 共点力的平衡练习

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课时3 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 操作步骤
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.(2019江苏南通海安高级中学期中)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使它伸长到某一位置O点。为了确定两个分力的大小和方向,这一步操作中必须记录的是( )
A.橡皮条固定端的位置
B.描下O点位置、两个细绳套的方向及两个弹簧测力计的读数
C.橡皮条伸长后的总长度
D.两个弹簧测力计的读数
3.(2019山东济南一中期中)在“验证力的平行四边形定则”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橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置O;再将橡皮条的另一端系两根细绳,细绳的另一端都有绳套,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橡皮条的另一端拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置O
其中正确的是 。(填入相应的字母)
(2)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图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是 。
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
题组二 数据处理
4.(2019湖北龙泉中学期中)做“验证力的平行四边形定则”的实验时:
(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外,还必须有 和 。
(2)在做上述实验时,在水平放置的木板上垫上一张白纸,把橡皮条的一端固定在板上,另一端结两个细绳套,通过细绳用两个互成角度的弹簧测力计拉橡皮条,使结点移到某一位置O,此时需记下: 、 、 ,然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长,使结点到达 ,再记下 。
(3)在某次实验中,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为橡皮条与细绳结点的位置。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,验证平行四边形定则。
能力提升练
题组一 实验数据处理
1.(2020湖南常德一中高一期中,)某同学通过实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:
①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。
②如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧测力计示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧测力计的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计的示数改变0.50 N,测出所对应的l,部分数据如表所示:
③找出②中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O',橡皮筋的拉力记为FOO'。
④在挂钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在挂钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使挂钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。
完成下列作图和填空:
(1)利用表中数据在图丙中画出F-l图线,根据图线求得l0= cm。
丙
(2)测得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则FOA的大小为 N。
(3)在图丁中根据给出的标度,作出FOA和FOB的合力F'的图示。
丁
(4)通过比较F'与 的大小和方向,即可得出实验结论。
题组二 实验情境创新
2.(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、细绳应贴近木板且与木板平面平行,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D错误。
2.B 该实验的目的是探究两个互成角度的力的合成规律。画出两个拉力F1、F2及合力F的图示,得出力的合成关系满足平行四边形定则。故A、C、D错误,B正确。
3.答案 (1)CE (2)①F' ②B
解析 (1)细绳的作用是能显示出力的方向,所以不必等长,故A错误;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、E正确;在拉弹簧测力计时必须要求弹簧测力计与木板平面平行,否则会因为摩擦力的存在影响力的大小,故C正确;为了更加准确地记录力的方向,拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,两个弹簧测力计的读数不一定相等,D错误。
(2)F是通过作图的方法得到合力的理论值,由于误差的存在F和F'方向并不重合;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。
4.答案 (1)三角板 橡皮条
(2)O点位置 细绳所指方向 相应弹簧测力计读数
同一位置O点 弹簧测力计读数和细绳方向
(3)F F' F F'
解析 (1)做“验证力的平行四边形定则”实验:我们是让两个力拉橡皮条和一个力拉橡皮条产生的作用效果相同,记录两个力的大小和方向以及一个力的大小和方向,用力的图示画出这三个力,用平行四边形作出两个力的合力的理论值,和那一个力进行比较。所以我们需要的实验器材有:方木板(固定白纸),白纸(记录方向画图)、刻度尺(选标度)、绳套(弹簧测力计拉橡皮条)、弹簧测力计(测力的大小)、图钉(固定白纸)、三角板(画平行四边形),橡皮条(让力产生相同的作用效果)。所以还必须有:橡皮条、三角板。
(2)该实验采用了“等效法”,要求两次拉橡皮条到同一位置O,因此要记录O点的位置,同时记录力时,要记录力的大小和方向,这样才能正确地画出平行四边形。
(3)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橡皮条时所测得的数值,由此可知F是F1、F2合力的理论值,F'是合力的实验值;该实验的目的就是比较F'和F是否相等。
能力提升练
1.答案 (1)见解析图1 10.0(9.8、9.9、10.1均正确)
(2)1.80(1.70~1.90均正确) (3)见解析图2 (4)FOO'
解析 (1)如图1所示,图线与横轴交点的横坐标即弹簧原长,故l0=10.0 cm。
(2)由图1知橡皮筋的劲度系数k=50.0 N/m,OA、OB的长度之和是13.60 cm,原长10.0 cm,则形变量Δx=3.60 cm,所以弹力T=kΔx=1.80 N。
(3)合力F'的图示如图2所示。
(4)橡皮筋搭在挂钩上拉至O点和把橡皮筋挂在挂钩上拉至O点效果相同,F'应与FOO'比较。
图1
图2
2.答案 (1)33 (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°=33F;
(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,说明两个细绳拉力的合力不变,作图如下:
故绳套1的拉力先减小后增大,故A、B、C错误,D正确。F/N
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
l/cm
l0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05