2025高考物理一轮总复习第2章相互作用实验3探究两个互成角度的力的合成规律提能训练

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(1)下列说法中正确的是_AC__(选填正确选项前字母)。
A．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行
B．两弹簧测力计系的两条细线必须等长
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方向间夹角应为90°
(2)根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示，乙图中F1、F2、F、F′四个力，其中力_F__(选填上述字母)不是由弹簧测力计直接测得的。
(3)实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是_A__(选填正确选项前字母)。
A．橡皮条沿同一方向伸长同一长度
B．橡皮条沿同一方向伸长
C．橡皮条伸长到同一长度
D．两个弹簧测力计拉力F1和F2的大小之和等于一个弹簧测力计拉力的大小
(4)丙图是测量中弹簧测力计M的示数，读出该力大小为_3.00__N。
[解析] (1)测量力的实验要求尽量准确，为了防止摩擦对实验结果产生误差，故拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，A正确；实验中只要求效果相同，而两弹簧测力计系的两条细线不必等长，B错误；为了准确地测量力的大小，故F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程，C正确；为减小测量误差，F1、F2两力夹角不能太大也不能太小，但F1、F2方向间夹角不一定为90°，D错误。
(2)由实验步骤可得，乙图中F1、F2、F、F′四个力，F是根据平行四边形作图得到的，故不是由弹簧测力计直接测得的。
(3)实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是橡皮条沿同一方向伸长同一长度，B、C、D错误，A正确。
(4)由丙图可知，测量中弹簧测力计M的示数为3.00 N。
2．(2023·陕西安康一模)某同学用两根完全相同的轻弹簧和一瓶矿泉水等器材验证力的平行四边形定则，实验时，先将一弹簧一端固定在墙上的钉子A上，另一端挂矿泉水瓶(与墙无摩擦)，如图甲所示；然后将两弹簧一端分别固定在墙上的钉子A、B上，另一端连接于结点O，在结点O挂矿泉水瓶(与墙无摩擦)，静止时用智能手机的测角功能分别测出AO、BO与竖直方向的偏角α、β，如图乙所示。轻弹簧均在弹性限度范围内，改变钉子B的位置，按照上述方法多测几次。
(1)对于本实验，下列说法或操作正确的是_BC__；(选填选项前的字母)
A．结点O的位置必须固定
B．需要测量弹簧的劲度系数
C．需要测量弹簧的原长以及图甲、乙中弹簧的长度
(2)某次实验中，测得图乙中α＝37°，β＝45°，保持β不变，将OA从如图乙所示的位置沿逆时针缓慢转到水平位置，则该过程中OA中弹簧的长度_先减小后增大__，OB中弹簧的长度_一直增大__。(均选填“一直增大”“一直减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”)
[解析] (1)实验中重物重力是恒力，所以不必保证O点固定不变，故A错误；实验中，甲图用来测量合力，乙图用来测量两个分力，根据胡克定律F＝kx，因此必须测量弹簧的伸长量和弹簧的劲度系数，故BC正确。
(2)对O点受力分析，O点处于动态平衡中，重力大小方向不变，OB绳中拉力方向不变，根据平行四边形定则易得OB中弹力将一直变大，OA中弹力将先减小后增大，所以OB中弹簧的长度将一直增大，OA中弹簧的长度将先减小后增大。
3．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_5.80__N。
(2)下列必要的实验要求是_ABC__。(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
[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。
4．(2024·浙江杭州摸底)完成探究求合力的方法的实验的几个主要步骤如下：
(1)如图甲所示，用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，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以及两细绳套的方向。
(2)如图乙所示，用一只弹簧测力计钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到_同一位置O__，记下细绳套的方向(如图丙中的c)，读得弹簧测力计的示数F＝_4.0_N__。
(3)如图丙所示，按选定的标度作出了F1、F2的图示，请在图丙中：_图见解析__
①按同样的标度作出力F的图示；
②按力的平行四边形定则作出F1、F2的合力F′。
(4)若F′与F_在实验误差允许的范围内大小相等、方向相同__，则平行四边形定则得到验证。
[解析] (2)如题图乙所示，用一只弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条的结点拉到同一位置O，记下细绳套的方向，由题图乙可得弹簧测力计的示数F＝4.0 N。
(3)①作出力F的图示如图所示。
②根据力的平行四边形定则，作出F1、F2的合力F′，如图所示。
(4)若F′与F在实验误差允许的范围内大小相等、方向相同，则平行四边形定则得到验证。
5．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所示，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线对齐，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所示。钩码组mA＝40 g，钩码组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_9.78__cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F＝_0.489__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图4中作出，用平行四边形定则作出合力F′。_见解析图__
(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_无__(填写“有”或“无”)影响。
[解析] (2)游标卡尺精确度为eq \f(1 mm,10)＝0.1 mm，读数为97 mm＋8×0.1 mm＝97.8 mm＝9.78 cm。
则弹簧拉力的增加量ΔF＝kΔx＝5.00×9.78×10－2 N＝0.489 N。
(3)根据题意可知OA绳产生的拉力大小为FOA＝mAg＝40×10－3×9.8 N＝0.392 N，OB绳产生的拉力大小为FOB＝mBg＝30×10－3×9.8 N＝0.294 N，合力F′如图所示。
(4)在求解合力的过程中，求解的是弹簧弹力的变化量，所以小钩码的重力对实验结果无影响。
6．(2024·广东模拟预测)一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。
(1)如图(a)，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶_静止__时电子秤的示数F。
(2)如图(b)，将三根细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、_三根细线的方向__和电子秤的示数F1。
(3)如图(c)，将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2，使_结点O的位置__和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2。
(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若_F和F′在误差允许的范围内重合__，则平行四边形定则得到验证。
[解析] (1)要测量装满水的水壶的重力，则应记下水壶静止时电子秤的示数F。
(2)要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点O的位置的同时，也要记录三根细线的方向以及电子秤的示数F1。
(3)已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O的位置不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2。
(4)根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若F和F′在误差允许的范围内重合，则平行四边形定则得到验证。