2025優(yōu)化設(shè)計一輪第7講 實驗 探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律

第7講實驗:探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1.(2023全國乙卷)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有:木板、白紙、兩個標準彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細線和圖釘若干。完成下列實驗步驟:①用圖釘將白紙固定在水平木板上。②將橡皮條的一端固定在木板上,另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細線也系在小圓環(huán)上,它們的另一端均掛上測力計。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當?shù)牧瓌觾蓚€測力計,小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小,并。(多選,填正確答案標號)

A.用刻度尺量出橡皮條的長度B.用刻度尺量出兩細線的長度C.用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置D.用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向③撤掉一個測力計,用另一個測力計把小圓環(huán)拉到,由測力計的示數(shù)得到拉力F的大小,沿細線標記此時F的方向。

④選擇合適標度,由步驟②的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖,得出合力F'的大小和方向;按同一標度在白紙上畫出力F的圖示。⑤比較F'和F的,從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則。

2.(2023浙江名校協(xié)作體聯(lián)考)完成以下探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律的實驗的幾個主要步驟:甲乙(1)如圖甲所示,用兩個彈簧測力計分別鉤住細繩,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長。記下結(jié)點O的位置、兩彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2以及兩細繩的方向。(2)如圖乙所示,用一個彈簧測力計鉤住細繩把橡皮條的結(jié)點拉到,記下細繩的方向(如圖丙中的c),讀得彈簧測力計的示數(shù)F=。

丙(3)如圖丙所示,按選定的標度作出了力F1、F2的圖示,請在圖丙中:①按同樣的標度作出力F的圖示。②用虛線把F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接,能看到所圍成的形狀像是一個。

3.如圖甲所示,某實驗小組用如下器材驗證力的合成遵循平行四邊形定則。先將傳感器A固定,把系著重物C的橡皮筋掛在傳感器A上,穩(wěn)定后,記錄傳感器A的示數(shù)FA=3.00N,并測出此時橡皮筋的長度為l1=20.00cm。再用一輕繩連接重物C與傳感器B,水平向右拉動傳感器B,如圖乙所示,穩(wěn)定后,分別記錄兩傳感器A、B的示數(shù)FA'=5.00N,FB=4.10N,并測出此時橡皮筋的長度為l2=24.00cm。(1)請在圖丙中用力的圖示法作出FA、FB的合力F合,通過對比F合與FA'的大小和方向得出力的合成遵循平行四邊形定則。(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求出該橡皮筋的勁度系數(shù)k=N/cm,橡皮筋的原長l0=cm。

4.(2024福建福州模擬)某學(xué)習(xí)小組利用如下方案探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律。如圖甲所示,豎直木板上固定有白紙,兩個光滑的滑輪a、b固定在木板上同一高度處,三根細線在O點打結(jié),細線1繞過滑輪a懸掛4個鉤碼,細線2繞過滑輪b懸掛3個鉤碼,彈簧測力計通過細線3拉結(jié)點O。最后在白紙上畫出力的圖示進行探究,鉤碼均相同。(1)實驗過程中,下列做法符合要求的是。

A.測量時,彈簧測力計要與細線3處在同一直線上且與木板平行B.測量時,彈簧測力計必須豎直向下拉細線3C.穩(wěn)定后,應(yīng)在白紙上記錄結(jié)點O的位置、三根細線的方向及彈簧測力計的示數(shù)(2)讀出彈簧測力計的示數(shù)為5.6N,三根細線的方向用在白紙上的投影點標記,如圖乙所示,請選擇合適的標度,在圖乙中完成作圖。當彈簧測力計單獨懸掛5個相同的鉤碼時,讀數(shù)為5.0N。(3)根據(jù)所作的圖,得出的結(jié)論為。

5.(2023廣東模擬)某同學(xué)為了驗證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則,設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置。(1)實驗裝置介紹與實驗操作如下:①該裝置固定在豎直平面內(nèi),橡皮筋一端用夾子固定在該實驗裝置上,橡皮筋另一端套在匯力圓環(huán)上,分別用一個和兩個彈簧測力計通過套在匯力圓環(huán)上的細繩拉橡皮筋,使匯力圓環(huán)每次都與定位圓重合,定位圓在夾子的正下方。②記錄每次彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向,選定標度作圖。③多次實驗重復(fù)以上步驟。(2)回答下列問題:①本實驗使匯力圓環(huán)每次都與定位圓重合的作用是;

②作出兩個分力的圖示和合力的圖示如圖乙所示,F與F'中,方向一定沿豎直方向的是(選填“F”或“F'”)。

(3)在保證匯力圓環(huán)與定位圓重合的前提下,其中一個分力對應(yīng)的細繩方向不變,彈簧測力計示數(shù)變大,則另一個分力對應(yīng)的大小和方向可能的情況是。

A.方向不變,大小不變B.方向改變,大小不變C.方向改變,大小變大D.方向改變,大小變小6.某興趣小組的同學(xué)為了驗證兩個互成角度的力的合成規(guī)律,設(shè)計了一個實驗方案,在圓形桌子桌面上平鋪一張白紙,在桌子邊緣安裝三個光滑的滑輪(滑輪上側(cè)所在平面與桌面平行),滑輪P1固定,滑輪P2、P3可沿桌邊移動,如圖所示?？晒┻x擇的實驗器材有:刻度尺、三角板、鉛筆、白紙、一根橡皮筋、三根細線、質(zhì)量相同的鉤碼若干。部分實驗操作如下:①將橡皮筋中央處和兩端點分別與三根細線相連;②將連在橡皮筋中央的細線跨過固定滑輪P1,連接橡皮筋兩端點的細線跨過可動滑輪P2、P3;③在三根細線的下端分別掛上一定數(shù)量的鉤碼,使連在橡皮筋中央的細線與橡皮筋的結(jié)點O靜止。(1)為完成本實驗,下列物理量必須測量或記錄的是。(填選項前字母)

A.橡皮筋的原長B.兩端橡皮筋伸長后的長度C.鉤碼的質(zhì)量D.三根細線所掛鉤碼的個數(shù)(2)在完成本實驗的過程中,下列操作或描述正確的是。(填選項前字母)

A.連接橡皮筋兩端點的細線長度必須相同B.細線OP1必須在OP2與OP3夾角的角平分線上C.記錄圖中O點的位置和OP1、OP2、OP3的方向D.不改變OP1所掛鉤碼的個數(shù)和OP1的方向,改變OP2與OP3的夾角重復(fù)實驗,O點不用在桌面上同一位置(3)實驗中,若桌面不水平,(選填“會”或“不會”)影響實驗的結(jié)論。

參考答案第7講實驗:探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1.答案②CD③步驟②中標記的小圓環(huán)位置⑤大小和方向解析②兩拉力F1和F2共同作用,產(chǎn)生的效果是使橡皮條一端的小圓環(huán)到某一位置;用一個力F將小圓環(huán)拉到同一位置,說明兩種方法達到的效果一樣,所以要記錄小圓環(huán)的位置,選項C正確,A錯誤。力是矢量,所以還需記錄兩拉力F1和F2的方向,以便步驟④繪制平行四邊形。細線的方向即為F1和F2的方向,選項D正確。F1和F2的大小、方向與細線的長度無關(guān),選項B錯誤。2.答案(2)同一位置4.0N(3)①見解析圖②平行四邊形解析(2)用一個彈簧測力計鉤住細繩,應(yīng)把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置,記下細繩的方向。由題圖乙可讀得彈簧測力計的示數(shù)F=4.0N。(3)①力F與F2的大小相等,作出力F的圖示如圖所示。②F1、F2和F的箭頭端連接后如圖所示,圍成的圖形是平行四邊形。3.答案(1)見解析(2)0.514.00解析(1)根據(jù)題意可知物體的重力為G=3.00N,根據(jù)力的圖示法作出合力如圖所示。(2)開始時,根據(jù)胡克定律G=kl1-l0,連接傳感器B后,有FA'=kl2-l0,聯(lián)立解得l0=14.004.答案(1)AC(2)見解析(3)在誤差允許的范圍內(nèi),力的合成遵循平行四邊形定則解析(1)測量時,為了減小誤差,彈簧測力計要與細線3處在同一直線上且與木板平行,A正確;本實驗探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律,對力的方向沒有要求,則測量時,彈簧測力計不需要豎直向下拉細線3,B錯誤;穩(wěn)定后,應(yīng)在白紙上記錄結(jié)點O的位置、三根細線的方向及彈簧測力計的示數(shù),C正確。(2)當彈簧測力計單獨懸掛5個相同的鉤碼時,讀數(shù)為5.0N,可知每個鉤碼的重力為1.0N,則有F1=4.0N,F2=3.0N,選擇合適的標度作圖,F3的等大反向的力F3'即為測量出的F1、F2的合力,利用平行四邊形定則作出的F1、F2的合力的理論值為F,如圖所示。(3)根據(jù)所作的圖,比較F3'和F,得出的結(jié)論為:在誤差允許的范圍內(nèi),力的合成遵循平行四邊形定則。5.答案(2)①保證兩分力共同作用的效果與一個力單獨作用的效果相同②F'(3)BCD解析(2)①本實驗使匯力圓環(huán)每次都與定位圓重合的作用是保證兩分力共同作用的效果與一個力單獨作用的效果相同;②F為作圖得到的兩次彈簧測力計的力的合力的圖示,F'為由一個彈簧測力計將匯力圓環(huán)拉到與定位圓重合時的力的圖示,F與F'中,方向一定沿豎直方向的是F'。(3)保證匯力圓環(huán)與定位圓重合即合力F不變,其中一個分力對應(yīng)的細繩方向不變,彈簧測力計示數(shù)變大,由三角形定則作圖如圖所示,可得另一個分力對應(yīng)的大小和方向可能的情況,故A錯誤,B、C、D正確。6.答案(1)D(2)CD(3)不會解析(1)橡皮筋伸長后的拉力大小等于所掛鉤碼的重力,所以鉤碼的個數(shù)必須測量,又鉤碼質(zhì)量相同,則不用測量鉤碼的質(zhì)量,橡皮筋的原長和伸長后的長度不用測量,故選D。(2)連接橡皮筋兩端點的細線長度不影響橡皮筋的拉力大小,故長度不用相同,A錯誤;細線OP1上力的方向與細線OP2、OP3上兩力的合力方向相反,由于OP2、OP3上兩力的合力方向是任意的,故OP1不需要在角平分線上,B錯誤;實驗中,