2024-2025學(xué)年高一物理必修第一冊（配人教版）第3章 相互作用-力 分層作業(yè)21 實驗 探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律

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分層作業(yè)21實驗:探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律A組必備知識基礎(chǔ)練1.(2024山東濰坊高一校考)某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置來驗證力的平行四邊形定則。木板豎直固定,將白紙貼在木板上,彈簧測力計A上端用細(xì)線懸掛于板上P點,下端用細(xì)線掛一重物M,測出M的重力。彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點,手持另一端向左拉,使結(jié)點O靜止在某位置。分別讀出A和B的示數(shù),并記錄O點的位置和細(xì)線的方向,作出兩拉力的合力及M重力的圖示,在誤差允許的范圍內(nèi)若圖示中合力與重力等大反向,則平行四邊形定則成立。(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N,圖中A的示數(shù)為N。

(2)下列不必要的實驗要求是。

A.彈簧測力計應(yīng)在使用前校準(zhǔn)B.細(xì)線方向應(yīng)與木板平面平行C.改變拉力,進(jìn)行多次實驗,每次都要使O點靜止在同一位置(3)某次實驗中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)A的指針示數(shù)稍稍超出量程,請你提出一個解決辦法:

。

2.在探究求合力的方法的實驗中:(1)已有實驗器材:木板、白紙、圖釘、細(xì)繩套、橡皮筋、鉛筆、刻度尺,完成本實驗還需要從下列器材中選取的實驗器材是;

(2)本實驗中等效替代的含義是;

A.橡皮筋可以用細(xì)繩替代B.彈簧測力計的讀數(shù)可以用有向線段來替代C.右側(cè)彈簧測力計的作用效果可以替代左側(cè)彈簧測力計的作用效果D.兩個彈簧測力計共同作用的效果可以用一個彈簧測力計的作用效果替代(3)實驗中,彈簧測力計拉橡皮筋時的指針位置如圖甲所示,此時示數(shù)為N;

(4)王嘉同學(xué)得到合力與分力的大小和方向后,分別用三條帶箭頭的線段表示,并用虛線連接三條線段的箭頭端,如圖乙所示。他在數(shù)據(jù)處理中存在的錯誤是。

A.兩個分力之間的夾角不是直角B.沒有選用統(tǒng)一的標(biāo)度表示力的大小C.連接三條線段箭頭時用的虛線,應(yīng)該用實線3.某研究小組做探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律的實驗,所用器材有:方木板一塊、白紙、量程為5N的彈簧測力計兩個、橡皮條(帶兩個較長的細(xì)繩套)、刻度尺、圖釘(若干個)。(1)實驗時,主要的步驟是:A.在桌上放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木板上B.用圖釘把橡皮條的一端固定在方木板上的A點,在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩,細(xì)繩的另一端系著繩套C.用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結(jié)點到達(dá)某一位置O,記錄下O點的位置,讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)D.按選好的標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則求出合力FE.只用一只彈簧測力計,通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長,讀出彈簧測力計的示數(shù),記下細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度作出這個力F'的圖示F.比較F'和F的大小和方向,看它們是否相同,得出結(jié)論上述步驟中:①有重要遺漏的步驟的序號是和。

②遺漏的內(nèi)容分別是和。

(2)該小組的同學(xué)用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,如圖所示。其中對于提高實驗精度最有利的是。

B組關(guān)鍵能力提升練4.甲、乙兩實驗小組分別利用傳感器、彈簧測力計來探究力的合成規(guī)律,裝置如圖所示。(1)甲、乙兩實驗中須保持O點位置不變的是(選填“甲”或“乙”)。

(2)甲實驗中測得兩傳感器的拉力分別為F1、F2,鉤碼總重力為G,下列數(shù)據(jù)不能完成實驗的是。

A.F1=F2=1.00N,G=3.00NB.F1=F2=3.00N,G=4.00NC.F1=F2=G=4.00ND.F1=3.00N,F2=4.00N,G=5.00N(3)乙實驗中保持O點的位置不變,初始時α+β>90°,現(xiàn)使α角不變,β角緩慢增大至90°。則此過程中,有關(guān)兩彈簧測力計示數(shù)FA、FB的變化,下列說法正確的是。

A.FA減小、FB減小B.FA增大、FB增大C.FA減小、FB先減小后增大D.FA增大、FB先減小后增大5.某同學(xué)用兩根完全相同的輕彈簧和一瓶礦泉水等器材驗證力的平行四邊形定則。實驗時,先將一彈簧一端固定在墻上的釘子A上,另一端掛礦泉水瓶,如圖甲所示;然后將兩彈簧一端分別固定在墻上的釘子A、B上,另一端連接于結(jié)點O,在結(jié)點O掛礦泉水瓶,靜止時用智能手機(jī)的測角功能分別測出AO、BO與豎直方向的偏角α、β,如圖乙所示。改變釘子B的位置,按照上述方法多測幾次。(1)依據(jù)上述方案并根據(jù)力的平行四邊形定則,為畫出力的合成圖,必須的操作是(選填選項前的字母)。

A.實驗中要使AO、BO長度相同B.要測量彈簧的原長C.要測量圖甲、乙中彈簧的長度D.實驗中要使結(jié)點O的位置始終固定不變(2)根據(jù)實驗原理及操作,為驗證力的平行四邊形定則,在作圖時,圖中(選填“丙”或“丁”)是正確的。

(3)某次實驗中測得乙圖中α=30°,β=45°,保持α偏角不變,將OB從乙圖中位置沿順時針緩慢轉(zhuǎn)到水平位置,則OA中彈簧的長度將,OB中彈簧的長度將(均選填“一直增大”“一直減小”“先減小后增大”或“先增大后減小”)。

參考答案分層作業(yè)21實驗:探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1.解析(1)該彈簧測力計的最小分度值為0.1N,則圖中A的示數(shù)為2.80N。(2)實驗需要準(zhǔn)確記錄彈簧測力計的彈力大小,所以彈簧測力計應(yīng)在使用前校準(zhǔn),故A正確;為了確保力的方向的準(zhǔn)確性,細(xì)線方向應(yīng)與木板平面平行,故B正確;為了實驗具有普遍性,可以改變拉力,進(jìn)行多次實驗,每次都需要準(zhǔn)確記錄彈簧測力計A、B的彈力大小和方向,不必每次都要使O點靜止在同一位置,故C錯誤。(3)彈簧測力計A的指針示數(shù)稍稍超出量程,則可以減小B的拉力(或減小重物質(zhì)量、或?qū)換成量程較大的測力計、或改變B的方向等)。答案(1)2.80(2)C(3)減小B的拉力(或減小重物質(zhì)量、或?qū)換成量程較大的測力計、或改變B的方向等)2.解析(1)在探究求合力的方法中,不需要鉤碼、打點計時器、天平,但是需要確定合力與分力的大小、方向,所以需要彈簧測力計。故選C。(2)本實驗所采用的科學(xué)思想方法是等效替代法,其等效的思想是兩個分力的作用效果與合力的作用效果相同,即兩個彈簧測力計共同作用的效果可以用一個彈簧測力計的作用效果替代。故選D。(3)圖中彈簧測力計的每一小格為0.1N,所以圖中所測力的大小為2.65N。(4)由圖乙可知,該同學(xué)作力的圖示時沒有選取統(tǒng)一的標(biāo)度,在實驗過程中兩分力間的夾角不宜太小也不宜太大,兩分力不需要保證垂直,連接三條線段箭頭時用虛線。故選B。答案(1)C(2)D(3)2.65(4)B3.解析(1)①根據(jù)探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗的操作步驟可知,有重要遺漏的步驟的序號是C和E。②在C中未記下兩條細(xì)繩套的方向,E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O。(2)為了提高實驗精度,彈簧測力計讀數(shù)盡可能大一些,標(biāo)注細(xì)繩方向的兩點盡可能遠(yuǎn)一點,標(biāo)度盡可能小一些,兩力F1、F2夾角不宜過大或過小,故選B。答案(1)①CE②記下兩條細(xì)繩套的方向把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O(2)B4.解析(1)圖甲根據(jù)圖像可以測量出兩拉力及重物重力的大小以及方向,直接驗證,不需要保持O點位置不變;圖乙是兩彈簧測力計的拉力與一個彈簧測力計的拉力相比較,需要保持O點位置不變,所以甲、乙兩實驗中須保持O點位置不變的是乙。(2)兩傳感器的拉力F1、F2和鉤碼總重力G的合力為零。A選項中兩拉力合力范圍為0~2N,重力不在這個范圍內(nèi),不能平衡,故A不能完成實驗,符合題意;B選項中兩拉力合力范圍為0~6N,重力在這個范圍內(nèi),能平衡,故B能完成實驗,不符合題意;C選項中兩拉力合力范圍為0~8N,重力在這個范圍內(nèi),能平衡,故C能完成實驗,不符合題意;D選項中兩拉力合力范圍為1~7N,重力在這個范圍內(nèi),能平衡,故D能完成實驗,不符合題意。(3)實驗中保持O點的位置不變,彈性繩中拉力不變,初始時α+β>90°,現(xiàn)使α角不變,β角緩慢增大至90°,則FAsinα=FBsinβ,FAcosα+FBcosβ=F拉,得FB增大,FA增大,故B正確,A、C、D錯誤。答案(1)乙(2)A(3)B5.解析(1)要畫出力的合成圖,需知道圖乙中兩個彈簧的拉力(分力)大小和方向(已測出)和圖甲中彈簧的拉力(合力)大小和方向(與瓶的重力方向相反),由于彈簧完全相同,則其拉力大小與伸長量成正比,即可以用伸長量替代拉力大小,因此,既要