【高考物理】一轮复习3、实验三　探究两个互成角度的力的合成规律学案

这是一份【高考物理】一轮复习3、实验三　探究两个互成角度的力的合成规律学案，共7页。


图1
(1)下列关于实验的要求正确的是________。
A.用铅笔顺着细线描出拉力的方向
B.与弹簧测力计相连的细线应尽量长些
C.弹簧测力计外壳与木板之间的摩擦力对实验没有影响
(2)图乙是测量时某弹簧测力计的示数，其示数为________。
(3)该同学改变两弹簧测力计的夹角做第二次实验时，结点O的位置发生了变化，与第一次相比两弹簧测力计拉力的合力将________(选填“不变”或“改变”)。
2.某同学用A、B、C三个弹簧测力计“验证力的平行四边形定则”。装置如图2甲所示。将弹簧测力计A的一端固定在水平白纸上的P点，三个细线套L1、L2、L3共系于一个结点。另一端分别系于弹簧测力计A、B、C上，拉动B、C两个弹簧测力计，使结点与白纸上O点重合，这时细线套L2、L3垂直，弹簧测力计A的示数如图甲所示。
图2
(1)图甲中弹簧测力计A的示数为________N；若弹簧测力计B的示数为2.10 N，则当弹簧测力计C的示数约为________N时，力的平行四边形定则得到验证。
(2)该同学利用作图法验证平行四边形定则，记录三个弹簧测力计的示数，同时在白纸上确定________________，作出的图如图乙所示，其中F′与测力计A对线套L1的拉力等大反向，如果在误差允许的范围内，____________________，则力的平行四边形定则得到验证。
(3)实验时为减小误差，下列说法正确的是________(填正确答案标号)。
A.三个细线套应适当长一些
B.三个细线套应与白纸平面平行
C.三个测力计应该完全相同
D.三个测力计的示数越大越好
3.(2024·北京海淀高三阶段考试)图3甲为“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验装置图。
图3
下面是实验的主要操作步骤：
a.将橡皮条的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计；
b.沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮条的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，并记录两个拉力F1、F2的大小及方向；
c.再用一个弹簧测力计将橡皮条的活动端仍拉至O点，记录测力计拉力的大小及方向。
(1)图乙是在白纸上根据实验结果作出的力的图示，其中________表示力F1和F2合力的理论值(选填“F”或“F′”)。
(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
(3)本实验中F1、F2的夹角应该是________。
A.大一些好B.适当的大小
C.小一些更好
(4)本实验中若用细长的橡皮条替代两根绳套，你认为该办法是________的(选填“可行”或“不可行”)。
(5)本实验与“探究相互作用力的大小关系”的实验都需要用到两个弹簧测力计，请你设计一种两实验通用的选择测力计的方法_____________________________
______________________________________________________________________。
4.有同学利用如图4所示装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，并固定两个光滑的滑轮A和B，三根绳子打一个结点O，各绳另一端均连接钩码，各钩码质量均相等，当系统如图达到平衡时，根据钩码个数可读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：
图4
(1)若某次实验中钩码个数N1＝2，N2＝5，则N3可能等于________(填正确答案标号)。
A.2B.4
C.8D.9
(2)在实验过程中，关于实验操作和相关要求，下列说法正确的是____________(填选项前字母)。
A.实验中三段绳子应与竖直木板平行
B.实验中需要用天平测出一个钩码的质量
C.在某两次实验中，O点位置可以不同
D.实验中需要用量角器量出三段绳子之间的夹角
(3)通过实验，该同学用作图法作出了两个图，如图5甲、乙所示，你认为图示中______(填“甲”或“乙”)是正确的。
图5
5.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6所示。可供选择的实验器材有：刻度尺、三角板、铅笔、白纸、一根橡皮条、三根细线、质量相同的钩码若干。
图6
部分实验操作步骤如下：
①将橡皮条中央处和两端点分别与三根细线相连；
②将连在橡皮条中央的细线跨过固定滑轮P1，连接橡皮条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，使连在橡皮条中央的细线与橡皮条的结点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.橡皮条的原长
B.两端橡皮条伸长后的长度
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.连接橡皮条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
实验三 探究两个互成角度的力的合成规律
1.(1)BC (2)3.8 N (3)不变
解析 (1)确定一个拉力的方向时，需要选择结点O和相距较远的一个点，利用刻度尺连接两点，A错误；为减小误差，与弹簧测力计相连的细线应尽量长些，B正确；实验中拉弹簧测力计时，只需让弹簧与外壳间没有摩擦，弹簧测力计外壳与木板之间的摩擦力对实验没有影响，C正确。
(2)根据图乙可读出测力计的示数为3.8 N。
(3)第二次实验时重物质量没有改变，结点位置变化，两弹簧测力计拉力的合力不变，仍等于重物重力的大小。
2.(1)2.90 2.00 (2)三个力的方向(或三个细线套的方向) F与F′大小相等，方向相同 (3)AB
解析 (1)图甲中弹簧测力计A的示数为2.90 N，弹簧测力计B的示数为2.10 N，则当弹簧测力计C的示数约为FC＝eq \r(2.902－2.102) N＝2.00 N时，力的平行四边形定则得到验证。
(2)记录三个弹簧测力计的示数，同时在白纸上确定三个力的方向(或三个细线套的方向)。如果在误差允许的范围内，F与F′大小相等，方向相同，则力的平行四边形定则得到验证。
(3)为了减小力的方向的测量误差，三个细线套应适当长一些，A正确；拉线方向应与白纸平面平行，避免形成垂直白纸方向的分力，B正确；三个测力计不一定要相同，C错误；三个测力计的示数适中，并不是越大越好，D错误。
3.(1)F′ (2)B (3)B (4)可行 (5)见解析
解析 (1)由图乙可知，F′是通过F1和F2的图示作平行四边形得到的，故F′表示力F1和F2合力的理论值。
(2)本实验中用两个弹簧测力计拉橡皮条时的结点与用一个弹簧测力计拉橡皮条时，结点的位置相同，故本实验用的科学方法是等效替代法，故选B。
(3)在实验中F1、F2的夹角应该取适当的大小，故选B。
(4)由于O点的作用效果相同，将两个细绳套换成两根橡皮条，不会影响实验结果，所以是可行的。
(5)两个弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至读数相同为止。
4.(1)B (2)AC (3)甲
解析 (1)N1个钩码的重力和N2个钩码的重力的合力大小应该等于N3个钩码的重力，由三角形知识有N2－N1(2)实验中绳子与木板平行才能在木板平面完成好实验，A正确；实验中只要知道三根绳子的拉力关系就能作图验证力的平行四边形定则，因此不需要测出钩码的质量，B错误；由于每次实验都能进行一次验证，故两次实验中O点的位置可以不同，C正确；实验中以F1、F2为邻边作平行四边形验证，无需测夹角，D错误。
(3)实验中F3方向应沿竖直方向，所以甲图正确。
5.(1)D (2)CD (3)不会
解析 (1)橡皮条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记录，又钩码质量相同，则不用测量钩码的质量，橡皮条的原长和伸长后的长度不用测量，故选D。
(2)连接橡皮条两端点的细线长度不影响橡皮条的拉力大小，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，同时记录结点O的位置，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、方向保持不变，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。