人教版高中物理必修第一册第3章相互作用力实验：探究两个互成角度的力的合成规律习题含答案

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实验:探究两个互成角度的力的合成规律必备知识基础练1.某研究小组做探究两个互成角度的力的合成规律的实验,所用器材有:方木板一块、白纸、量程为5 N的弹簧测力计两个、橡皮条(带两个较长的细绳套)、刻度尺、图钉(若干个)。(1)实验时,主要的步骤是:A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上B.用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力FE.只用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F'的图示F.比较F'和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论上述步骤中:①有重要遗漏的步骤的序号是　　　　和　　　　。 ②遗漏的内容分别是　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　。 (2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如图所示。其中对于提高实验精度最有利的是　　　　。 2.(2022山东烟台高一期末)李华同学周末在家中利用身边器材做验证力的平行四边形定则的实验。他找了两根细绳、铁块、细环、铅笔、刻度尺、白纸和弹簧测力计,由于只找到一只弹簧测力计,他进行了如下的实验操作:①先把白纸固定在竖直墙壁上,再把铁块用一端带有细环的细绳拴住,用另一条长细绳穿过细环并固定在竖直墙壁的A点,另一端用弹簧测力计拉住;②调节细绳两端间的夹角,等稳定后如图甲所示,在白纸上记下小环与细绳的作用点O的位置、细绳两端的拉力方向,读出弹簧测力计的示数;③只用弹簧测力计悬挂铁块,等稳定后如图乙所示,记录此时短细绳的方向并读出弹簧测力计的示数F,在白纸上选好标度,由O点出发沿弹簧测力计拉力方向作出这个力F的图示;④根据选好的标度,由O点出发沿细绳拉力方向作出步骤②中细绳两端的拉力F1、F2的图示,并以这两个力为邻边作平行四边形,画出所夹对角线,在其末端标上箭头表示为F';⑤比较F与F'得出结论。完成下列问题:(1)若某次实验步骤②中弹簧测力计的读数为5.0 N,步骤③中弹簧测力计的读数为F=5.1 N,请在下图中作出步骤②③中细绳两端拉力F1、F2及F的图示,并作出步骤④中F'的图示(图中已标注作用点O的位置,步骤②中细绳两端方向已在题中用虚线表示出);(2)第②步实验中若调节两端细绳的夹角使弹簧测力计的读数变大,则应　　　　　(选填“增大”或“减小”)两端细绳的夹角。 关键能力提升练3.(2021广西百色高一期末)某同学利用如图甲所示的装置验证力的平行四边形定则。在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将三根轻绳打一个结点O,然后让其中的两根分别跨过A、B两个滑轮,在三根轻绳的另一端分别挂上不同数量的钩码(每个钩码的质量相等),当系统达到平衡时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3的大小,请回答下列问题:(1)除了读出绳子拉力的大小外,还要必须完成的操作是　　　　　　; A.用天平测出钩码的质量B.用量角器量出三段绳子之间的夹角C.量出OA、OB、OC三段绳子的长度D.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向(2)作图时,你认为图中　　　　　　(选填“乙”或“丙”)符合实验事实; (3)改变钩码个数,下列组合能完成实验的是　　　　。 A.钩码的个数N1=N2=1,N3=3B.钩码的个数N1=2,N2=4,N3=3C.钩码的个数N1=N2=N3=4D.钩码的个数N1=6,N2=3,N3=14.(2022山东济宁高一期末)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,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,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。改变钉子B的位置,按照上述方法多测几次。(1)依据上述方案并根据力的平行四边形定则,为画出力的合成图,必须的操作是　　　　(选填选项前的字母)。 A.实验中要使AO、BO长度相同B.要测量弹簧的原长C.要测量图甲、乙中弹簧的长度D.实验中要使结点O的位置始终固定不变(2)根据实验原理及操作,为验证力的平行四边形定则,在作图时,图中　　　　(选填“丙”或“丁”)是正确的。 (3)某次实验中测得乙图中α=30°,β=45°,保持α偏角不变,将OB从乙图中位置沿顺时针缓慢转到水平位置,则OA中弹簧的长度将　　　　,OB中弹簧的长度将　　　　　　　　(均选填“一直增大”“一直减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”)。 
实验:探究两个互成角度的力的合成规律1.解析 (1)①根据探究两个互成角度的力的合成规律实验的操作步骤可知,有重要遗漏的步骤的序号是C和E。②在C中未记下两条细绳套的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。(2)为了提高实验精度,弹簧测力计读数尽可能大一些,标注细绳方向的两点尽可能远一点,标度尽可能小一些,两力F1、F2夹角不宜过大或过小,故选B。答案 (1)①C　E　②记下两条细绳套的方向　把橡皮条的结点拉到同一位置O　(2)B2.解析 (1)选标度,按照标度的比例沿力的方向画出F1、F2和F的图示,如图所示。(2)因两个弹簧测力计的拉力的合力不变,所以增大两个拉力的夹角,拉力的大小就增大。答案 (1)如解析图所示　(2)增大3.解析 (1)为验证平行四边形定则,必须作受力图,所以先明确受力点,即标记结点O的位置,其次要做出力的方向并读出力的大小,最后做出力的图示,因此要做好记录,是从力的三要素角度出发,标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向。故选D。(2)以O点为研究对象,F3是实际作用效果在OC这条线上,由于误差的存在,F1、F2的合力理论值要与实际值有一定偏差,故乙图符合实际,丙图不符合实际。(3)OA、OB、OC分别表示三个力的大小,由三个力共点力处于平衡,钩码的个数N1=N2=1,N3=3,不可以构成力的三角形,则结点不能处于平衡,A错误;钩码的个数N1=2,N2=4,N3=3,可以构成力的三角形,则结点能处于平衡,B正确;钩码的个数N1=N2=N3=4,可以构成力的三角形,则结点能处于平衡,C正确;钩码的个数N1=6,N2=3,N3=1,不可以构成力的三角形,则结点不能处于平衡,D错误。答案 (1)D　(2)乙　(3)BC4.解析 (1)要画出力的合成图,需知道图乙中两个弹簧的拉力(分力)大小和方向(已测出)和图甲中弹簧的拉力(合力)大小和方向(与瓶的重力方向相反),由于弹簧完全相同,则其拉力大小与伸长量成正比,即可以用伸长量替代拉力大小,因此,既要测量弹簧的原长,又要测量图甲、乙中弹簧的长度,选项B、C正确。(2)实际合力方向与x1方向相反,而按照平行四边形定则求得的合力方向与其应略有不同,图丙正确。(3)如图所示,合力不变,OA的拉力方向不变,OB的方向变化,由图可知,当OB沿顺时针缓慢转到水平位置,OA中弹簧的长度将一直增大,OB中弹簧的长度将先减小后增大。答案 (1)BC　(2)丙　(3)一直增大先减小后增大