新高考物理一轮复习基础练习第2章相互作用第7讲 实验 探究两个互成角度的力的合成规律（含答案解析）

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①用图钉将白纸固定在水平木板上。
②将橡皮条的一端固定在木板上,另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上,它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计,小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小,并 。(多选,填正确答案标号)
A.用刻度尺量出橡皮条的长度
B.用刻度尺量出两细线的长度
C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置
D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向
③撤掉一个测力计,用另一个测力计把小圆环拉到 ,由测力计的示数得到拉力F的大小,沿细线标记此时F的方向。
④选择合适标度,由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图,得出合力F'的大小和方向;按同一标度在白纸上画出力F的图示。
⑤比较F'和F的 ,从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。
2.(2023浙江名校协作体联考)完成以下探究两个互成角度的力的合成规律的实验的几个主要步骤:
甲
乙
(1)如图甲所示,用两个弹簧测力计分别钩住细绳,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长。记下结点O的位置、两弹簧测力计的读数F1、F2以及两细绳的方向。
(2)如图乙所示,用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条的结点拉到 ,记下细绳的方向(如图丙中的c),读得弹簧测力计的示数F= 。
丙
(3)如图丙所示,按选定的标度作出了力F1、F2的图示,请在图丙中:
①按同样的标度作出力F的图示。
②用虚线把F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,能看到所围成的形状像是一个 。
3.如图甲所示,某实验小组用如下器材验证力的合成遵循平行四边形定则。先将传感器A固定,把系着重物C的橡皮筋挂在传感器A上,稳定后,记录传感器A的示数FA=3.00 N,并测出此时橡皮筋的长度为l1=20.00 cm。再用一轻绳连接重物C与传感器B,水平向右拉动传感器B,如图乙所示,稳定后,分别记录两传感器A、B的示数FA'=5.00 N,FB=4.10 N,并测出此时橡皮筋的长度为l2=24.00 cm。
(1)请在图丙中用力的图示法作出FA、FB的合力F合,通过对比F合与FA'的大小和方向得出力的合成遵循平行四边形定则。
(2)根据实验数据求出该橡皮筋的劲度系数k= N/cm,橡皮筋的原长l0= cm。
4.(2024福建福州模拟)某学习小组利用如下方案探究两个互成角度的力的合成规律。如图甲所示,竖直木板上固定有白纸,两个光滑的滑轮a、b固定在木板上同一高度处,三根细线在O点打结,细线1绕过滑轮a悬挂4个钩码,细线2绕过滑轮b悬挂3个钩码,弹簧测力计通过细线3拉结点O。最后在白纸上画出力的图示进行探究,钩码均相同。
(1)实验过程中,下列做法符合要求的是 。
A.测量时,弹簧测力计要与细线3处在同一直线上且与木板平行
B.测量时,弹簧测力计必须竖直向下拉细线3
C.稳定后,应在白纸上记录结点O的位置、三根细线的方向及弹簧测力计的示数
(2)读出弹簧测力计的示数为5.6 N,三根细线的方向用在白纸上的投影点标记,如图乙所示,请选择合适的标度,在图乙中完成作图。当弹簧测力计单独悬挂5个相同的钩码时,读数为5.0 N。
(3)根据所作的图,得出的结论为 。
5.(2023广东模拟)某同学为了验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则,设计了如图甲所示的实验装置。
(1)实验装置介绍与实验操作如下:
①该装置固定在竖直平面内,橡皮筋一端用夹子固定在该实验装置上,橡皮筋另一端套在汇力圆环上,分别用一个和两个弹簧测力计通过套在汇力圆环上的细绳拉橡皮筋,使汇力圆环每次都与定位圆重合,定位圆在夹子的正下方。
②记录每次弹簧测力计的读数和细绳的方向,选定标度作图。
③多次实验重复以上步骤。
(2)回答下列问题:
①本实验使汇力圆环每次都与定位圆重合的作用是 ;
②作出两个分力的图示和合力的图示如图乙所示,F与F'中,方向一定沿竖直方向的是 (选填“F”或“F'”)。
(3)在保证汇力圆环与定位圆重合的前提下,其中一个分力对应的细绳方向不变,弹簧测力计示数变大,则另一个分力对应的大小和方向可能的情况是 。
A.方向不变,大小不变
B.方向改变,大小不变
C.方向改变,大小变大
D.方向改变,大小变小
6.某兴趣小组的同学为了验证两个互成角度的力的合成规律,设计了一个实验方案,在圆形桌子桌面上平铺一张白纸,在桌子边缘安装三个光滑的滑轮(滑轮上侧所在平面与桌面平行),滑轮P1固定,滑轮P2、P3可沿桌边移动,如图所示。可供选择的实验器材有:刻度尺、三角板、铅笔、白纸、一根橡皮筋、三根细线、质量相同的钩码若干。
部分实验操作如下:
①将橡皮筋中央处和两端点分别与三根细线相连;
②将连在橡皮筋中央的细线跨过固定滑轮P1,连接橡皮筋两端点的细线跨过可动滑轮P2、P3;
③在三根细线的下端分别挂上一定数量的钩码,使连在橡皮筋中央的细线与橡皮筋的结点O静止。
(1)为完成本实验,下列物理量必须测量或记录的是 。(填选项前字母)
A.橡皮筋的原长
B.两端橡皮筋伸长后的长度
C.钩码的质量
D.三根细线所挂钩码的个数
(2)在完成本实验的过程中,下列操作或描述正确的是 。(填选项前字母)
A.连接橡皮筋两端点的细线长度必须相同
B.细线OP1必须在OP2与OP3夹角的角平分线上
C.记录图中O点的位置和OP1、OP2、OP3的方向
D.不改变OP1所挂钩码的个数和OP1的方向,改变OP2与OP3的夹角重复实验,O点不用在桌面上同一位置
(3)实验中,若桌面不水平, (选填“会”或“不会”)影响实验的结论。
参考答案
第7讲 实验:探究两个互成
角度的力的合成规律
1.答案 ②CD ③步骤②中标记的小圆环位置 ⑤大小和方向
解析 ②两拉力F1和F2共同作用,产生的效果是使橡皮条一端的小圆环到某一位置;用一个力F将小圆环拉到同一位置,说明两种方法达到的效果一样,所以要记录小圆环的位置,选项C正确,A错误。力是矢量,所以还需记录两拉力F1和F2的方向,以便步骤④绘制平行四边形。细线的方向即为F1和F2的方向,选项D正确。F1和F2的大小、方向与细线的长度无关,选项B错误。
2.答案 (2)同一位置 4.0 N
(3)①见解析图 ②平行四边形
解析 (2)用一个弹簧测力计钩住细绳,应把橡皮条的结点拉到同一位置,记下细绳的方向。由题图乙可读得弹簧测力计的示数F=4.0 N。
(3)①力F与F2的大小相等,作出力F的图示如图所示。
②F1、F2和F的箭头端连接后如图所示,围成的图形是平行四边形。
3.答案 (1)见解析 (2)0.5 14.00
解析 (1)根据题意可知物体的重力为G=3.00 N,根据力的图示法作出合力如图所示。
(2)开始时,根据胡克定律G=kl1-l0,连接传感器B后,有FA'=kl2-l0,联立解得l0=14.00 cm,k=0.5 N/cm。
4.答案 (1)AC (2)见解析 (3)在误差允许的范围内,力的合成遵循平行四边形定则
解析 (1)测量时,为了减小误差,弹簧测力计要与细线3处在同一直线上且与木板平行,A正确;本实验探究两个互成角度的力的合成规律,对力的方向没有要求,则测量时,弹簧测力计不需要竖直向下拉细线3,B错误;稳定后,应在白纸上记录结点O的位置、三根细线的方向及弹簧测力计的示数,C正确。
(2)当弹簧测力计单独悬挂5个相同的钩码时,读数为5.0 N,可知每个钩码的重力为1.0 N,则有F1=4.0 N,F2=3.0 N,选择合适的标度作图,F3的等大反向的力F3'即为测量出的F1、F2的合力,利用平行四边形定则作出的F1、F2的合力的理论值为F,如图所示。
(3)根据所作的图,比较F3'和F,得出的结论为:在误差允许的范围内,力的合成遵循平行四边形定则。
5.答案 (2)①保证两分力共同作用的效果与一个力单独作用的效果相同 ②F' (3)BCD
解析 (2)①本实验使汇力圆环每次都与定位圆重合的作用是保证两分力共同作用的效果与一个力单独作用的效果相同;②F为作图得到的两次弹簧测力计的力的合力的图示,F'为由一个弹簧测力计将汇力圆环拉到与定位圆重合时的力的图示,F与F'中,方向一定沿竖直方向的是F'。
(3)保证汇力圆环与定位圆重合即合力F不变,其中一个分力对应的细绳方向不变,弹簧测力计示数变大,由三角形定则作图如图所示,可得另一个分力对应的大小和方向可能的情况,故A错误,B、C、D正确。
6.答案 (1)D (2)CD (3)不会
解析 (1)橡皮筋伸长后的拉力大小等于所挂钩码的重力,所以钩码的个数必须测量,又钩码质量相同,则不用测量钩码的质量,橡皮筋的原长和伸长后的长度不用测量,故选D。
(2)连接橡皮筋两端点的细线长度不影响橡皮筋的拉力大小,故长度不用相同,A错误;细线OP1上力的方向与细线OP2、OP3上两力的合力方向相反,由于OP2、OP3上两力的合力方向是任意的,故OP1不需要在角平分线上,B错误;实验中,需要测量OP1、OP2和OP3上力的大小和方向,故必须记录图中O点的位置和OP1、OP2、OP3的方向以及结点O静止时三根细线所挂钩码的个数,C正确;不改变OP1所挂钩码的个数和方向,改变OP2与OP3的夹角重复实验,OP1上的力大小保持不变,另两个力的合力只要跟它等大反向即可保持O点平衡,故O点的位置可以改变,D正确。
(3)若桌面不水平,三根线上的拉力大小也为各自所挂钩码重力大小,不会影响实验结论。