新高考物理一輪復(fù)習(xí)分層提升練習(xí)專題13 探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律（原卷版）

專題13探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1教材經(jīng)典實驗方案的原理、步驟和數(shù)據(jù)處理目標(biāo)2新高考的改進創(chuàng)新實驗【知識導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】教材經(jīng)典實驗方案的原理、步驟和數(shù)據(jù)處理1.實驗?zāi)康模禾骄績蓚€互成角度的力的合成規(guī)律。2.實驗器材：木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套(兩個)、小圓環(huán)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)。3.實驗原理：等效思想：使一個力F′的作用效果和兩個力F1和F2的作用效果相同，就是使同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點O，即伸長量相同，所以F′為F1和F2的合力，作出力F′的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，比較F、F′在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否大小相等、方向相同。4.數(shù)據(jù)處理：（1）用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細繩方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出a、b這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,過O點畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖示。（2）用刻度尺從O點按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出一個彈簧測力計c的拉力F'的圖示。（3）比較F與F'是否完全重合或幾乎重合,從而驗證平行四邊形定則。5.誤差分析：（1）系統(tǒng)誤差:彈簧測力計本身不夠準(zhǔn)確造成的誤差,為此要選擇比較準(zhǔn)確的彈簧測力計。（2）偶然誤差:彈簧測力計讀數(shù)和作圖造成偶然誤差,需要多做幾次實驗,并且使兩分力F1、F2的夾角適當(dāng)大些。6.注意事項：（1）使用彈簧測力計前,要先調(diào)整指針使其指在零刻度處;再將兩只彈簧測力計的掛鉤鉤在一起,向相反方向拉,如果兩個示數(shù)相同方可使用。（2）實驗中的兩個細繩套不要太短。（3）在同一次實驗中,橡皮條拉長時結(jié)點到達的位置一定要相同。（4）用兩只彈簧測力計互成角度地拉橡皮條時,夾角不宜太大也不宜太小。（5）在用力拉彈簧測力計時,拉力應(yīng)沿彈簧測力計的軸線方向。彈簧測力計中彈簧軸線、橡皮條、細繩套應(yīng)該位于與紙面平行的同一平面內(nèi)。（6）畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同,要恰當(dāng)選定標(biāo)度,使力的圖示稍大一些?！纠?】某同學(xué)用圖甲所示裝置做“探究求合力的方法”實驗。其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結(jié)點，OB和OC為細繩。（1）要減小實驗誤差，下列措施可行的是()A．兩個分力SKIPIF1<0的大小要適當(dāng)大些

B．兩個分力SKIPIF1<0間的夾角要盡量大些C．拉橡皮筋的細繩要細些且要稍短一些

D．標(biāo)記細繩方向的點要盡量離結(jié)點近些（2）若實驗中彈簧測力計的量程均為5N，某次實驗用兩個彈簧測力計拉橡皮筋時，兩個繩套間的夾角為60°，兩彈簧測力計的示數(shù)恰好均如圖乙所示，彈簧測力計的示數(shù)為________N，你認(rèn)為這次操作____________（填“合適”或“不合適”），原因是____________（3）某次實驗的結(jié)果如圖丙所示，這次實驗SKIPIF1<0剛好垂直，若在圖丙所示的實驗結(jié)果中，保持結(jié)點的位置SKIPIF1<0的方向不變，將兩個分力的夾角增大，則SKIPIF1<0_________（填“變大”“變小”或“不變”），SKIPIF1<0___________（填“變大”“變小”或“不變”）。新高考的改進創(chuàng)新實驗1.實驗方案的創(chuàng)新【例2】某實驗小組利用如圖所示的實驗器材驗證力的平行四邊形定則。在圓形水平桌面上平鋪固定一張白紙，在桌子邊緣安裝三個不計摩擦的滑輪，其中滑輪P1固定在桌邊，滑輪P2、P3可沿桌邊移動。將三根繩子系在同一點O，每根繩子的另一端各掛一定數(shù)量的砝碼（每個砝碼的質(zhì)量均為m），當(dāng)系統(tǒng)達到平衡時，記錄每根繩上的砝碼數(shù)量便可得出三根繩子的拉力大小，按照正確步驟進行操作，完成實驗?；卮鹣铝袉栴}：（1）下列說法正確的是______A．必須以O(shè)P2、OP3繩的拉力為相鄰邊作平行四邊形B．若三根繩互成120°角，則三根繩所掛鉤碼數(shù)量相等C．以O(shè)P2、OP3繩的拉力作平行四邊形，所夾對角線（合力理論值）大小與OP1拉力大小相同，則驗證了力的平行四邊形定則D．三根繩可以用橡皮筋代替（2）實驗時，若O點的位置不在圓桌中心______（填“會”或“不會”）影響實驗結(jié)論。（3）若三個滑輪不在同一水平面上，且高度偏差較大______（填“能”或“不能”）在白紙上準(zhǔn)確記錄力的大小和方向。2.實驗器材的創(chuàng)新【例3】某小組為了驗證力的平行四邊形定則，設(shè)計了如圖甲所示的實驗：在一個半圓形刻度盤上安裝兩個可以沿盤邊緣移動的拉力傳感器A、B，兩傳感器的掛鉤分別系著輕繩，輕繩的另一端系在一起，形成結(jié)點O，并使結(jié)點O位于半圓形刻度盤的圓心．在O點掛上重G＝2.00N的鉤碼，記錄兩傳感器A、B的示數(shù)F1、F2及輕繩與豎直方向的夾角θ1、θ2，用力的圖示法即可驗證力的平行四邊形定則．(1)當(dāng)F1＝1.00N、F2＝1.50N，θ1＝45°、θ2＝30°時，請在圖乙中用力的圖示法作圖________，畫出兩繩拉力的合力F，并求出合力F＝________N．(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)該組同學(xué)在實驗中，將傳感器A固定在某位置后，再將傳感器B從豎直位置的P點緩慢順時針旋轉(zhuǎn)，得到了一系列B傳感器的示數(shù)F2和對應(yīng)的角度θ2，作出了如圖丙所示的F2-θ2圖象，由圖丙可知A傳感器所處位置的角度θ1＝________．【多維度分層專練】1．“探究求合力的方法”實驗。（1）本實驗采用的主要科學(xué)方法是___________。A．理想實驗法

B．等效替代法

C．控制變量法

D．建立物理模型法（2）實驗桌上已有的器材如圖所示，為完成該實驗還需要的器材是___________。A．一根橡皮筋

B．兩個鉤碼C．三角板一套

D．天平（3）老師拍攝同學(xué)們實驗操作時的照片如圖所示，則操作正確的是___________。A．

B．C．

D．（4）規(guī)范操作后，請讀出圖中彈簧測力計的讀數(shù)為___________N。（5）實驗操作完成后作出___________（選填“力的示意圖”或“力的圖示”）來探究合力與分力的關(guān)系。2．某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為0～5N的彈簧測力計兩個，橡皮條（帶兩個較長的細繩套），刻度尺，圖釘（若干個）。（1）如圖1所示的彈簧測力計的示數(shù)為________N；（2）具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實驗操作的建議，其中正確的是________（填選項前的字母）A．橡皮條彈性要好，拉結(jié)點到達某一位置O時，拉力要適當(dāng)大些B．再次進行驗證時，結(jié)點O的位置必須保持相同C．使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度D．拉橡皮條的細繩要長一些，標(biāo)記同一細繩方向的兩點要遠一些（3）該小組的同學(xué)用如圖2所示的同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如圖3所示，其中對于提高實驗精度最有利的是________（填選項字母）3．在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗中，實驗裝置及過程如圖甲乙丙所示，E為橡皮筋原長時小圓環(huán)的位置，O為實驗時小圓環(huán)被拉至的位置。（1）圖丁中彈簧測力計的示數(shù)為___________N；（2）在實驗過程中，必須記錄的有___________；（本小題有多個選項正確）A．甲圖中E的位置

B．乙圖中O的位置C．OB、OC的方向

D．彈簧測力計的示數(shù)（3）下列選項中，與本實驗要求相符的是___________；（本小題有多個選項正確）A．兩細繩OB、OC夾角要盡量大一些B．讀數(shù)時，視線應(yīng)正對彈簧測力計的刻度C．實驗時，只需保證兩次橡皮筋伸長量相同即可D．多次實驗時，均應(yīng)將小圓環(huán)拉到O點處（4）某次實驗記錄紙如圖戊所示，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點，拉力F的方向過P點；三個力的大小分別為：F1=2.70N、F2=2.30N和F=4.00N。得出正確實驗結(jié)論后，請根據(jù)實驗結(jié)論和圖中給出的標(biāo)度：①在圖中作出F1和F2的合力；②根據(jù)作圖求出該合力為___________N。（5）圖己為小明與小華對本實驗進行的探究方案，兩人針對實驗中是否需要記錄O點的位置持有不同觀點：小明認(rèn)為需要記錄，而小華認(rèn)為不需要。你贊同_________（選填“小明”或“小華”）的觀點，理由是_______。4．某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”。一豎直木板上固定白紙，白紙上附有角度刻度線。彈簧測力計a和b連接細線系于O點，其下端用細線掛一重物Q，使結(jié)點O靜止在角度刻度線的圓心位置。分別讀出彈簧測力計a和b的示數(shù)，并在白紙上記錄O點的位置和拉線的方向。（1）圖中彈簧測力計a的示數(shù)為______N。（2）關(guān)于實驗下列說法正確的是______。（請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母）A．應(yīng)測量重物Q所受的重力B．彈簧測力計a、b通過細線對O點作用力的合力就是重物Q的重力C．連接彈簧測力計a、b以及重物Q的細線不必等長，但三根細線應(yīng)與木板平行D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使Ｏ點靜止在同一位置（3）彈簧測力計a、b均繞O點順時針緩慢轉(zhuǎn)動，且保持兩彈簧測力計間的夾角不變，直到彈簧測力計a方向水平為止，此過程中彈簧測力計a的示數(shù)會______、彈簧測力計b的示數(shù)會______。（填“變大”、“不變”、“變小”、“先變大后變小”、“先變小后變大”）5．某實驗小組用彈簧測力計和量角器等器材驗證力的平行四邊形定則，設(shè)計的實驗裝置如圖所示。固定在豎直木板上的量角器直邊水平，橡皮筋一端固定在量角器圓心O的正上方A點，另一端系繩套1和繩套2。（1）實驗步驟如下：①彈簧測力計掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點到達O點，記下彈簧測力計的示數(shù)F；②彈簧測力計掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點再次到達O點，此時繩套1沿0°方向，繩套2沿120°方向，此時彈簧測力計的示數(shù)為F1；③根據(jù)力的平行四邊形定則計算出繩套1的拉力F1′=________；④比較________，即可初步驗證力的平行四邊形定則。（2）將繩套1由0°方向緩慢轉(zhuǎn)動到60°方向，同時保持繩套2沿120°方向不變，此過程中仍舊保持橡皮筋的結(jié)點在O點不動，關(guān)于繩套1的拉力大小的變化，下列結(jié)論正確的是________。A．逐漸增大

B．先增大后減小C．逐漸減小

D．先減小后增大6．安慶某中學(xué)107班的學(xué)生在做“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”的分組實驗時，利用了如圖所示的實驗裝置。在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結(jié)點SKIPIF1<0，每個鉤碼的質(zhì)量相等，當(dāng)系統(tǒng)達到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、和SKIPIF1<0，回答下列問題。（1）改變鉤碼個數(shù)，能完成實驗是____________；A．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0（2）在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是____________；A．標(biāo)記結(jié)點SKIPIF1<0的位置，并記錄SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0三段繩子的方向B．量出SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0三段繩子的長度C．用量角器量出三段繩子之間的夾角D．用天平測出鉤碼的質(zhì)量（3）在作圖時，你認(rèn)為圖中__________（選填“甲”或“乙”）是正確的。7．某同學(xué)利用拉力傳感器來驗證力的平行四邊形定則，實驗裝置如圖甲所示．在貼有白紙的豎直板上，有一水平細桿MN，細桿上安裝有兩個可沿細桿移動的拉力傳感器A、B，傳感器與計算機相連接．兩條不可伸長的輕質(zhì)細線AC、BC(AC>BC)的一端結(jié)于C點，另一端分別與傳感器A、B相連。結(jié)點C下用輕細線懸掛重力為G的鉤碼D。實驗時，先將拉力傳感器A、B靠在一起，然后不斷緩慢增大兩個傳感器A、B間的距離d，傳感器將記錄的AC、BC繩的張力數(shù)據(jù)傳輸給計算機進行處理，得到如圖乙所示張力F隨距離d的變化圖線。AB間的距離每增加0.2m，就在豎直板的白紙上記錄一次A、B、C點的位置．則在本次實驗中，所用鉤碼的重力G＝________N；當(dāng)AB間距離為1.00m時，AC繩的張力大小FA＝________N；實驗中記錄A、B、C點位置的目的是________________。8．某實驗小組利用如圖所示裝置進行“驗證力的平行四邊形定則”實驗。圓心為O的半圓形木板豎直固定，邊緣處有滑道可以用來固定拉力傳感器，將三根不可伸長的細線打結(jié)于P點，一根懸掛重物，另外兩根分別與兩拉力傳感器A、B相連。實驗操作步驟如下：①先僅用傳感器A拉住重物，調(diào)整細線SKIPIF1<0的長度及傳感器A的位置使得結(jié)點P與圓心O重合，記錄傳感器A的示數(shù)SKIPIF1<0和____________；②再將傳感器B固定于圖示位置，仍保證__________________，調(diào)節(jié)傳感器A的位置至SKIPIF1<0處，記錄兩傳感器A、B的示數(shù)分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，同時記錄___________和___________；③畫出SKIPI