(要点归纳+夯实基础练) 第五节 实验：探究力的合成规律-2023年高考物理一轮系统复习学思用

第五节 实验：探究力的合成规律

【要点归纳】

1．实验原理：使某个力F′的作用效果以及F1与F2的共同作用效果都是使橡皮条伸长到同一点，所以F′为F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F、F′，分析在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同．

2．实验目的：

(1)验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则；

(2)通过验证力的平行四边形定则，培养用图象法处理实验数据并得出结论的能力．

3．实验器材

方木板一块，白纸，弹簧秤两个，橡皮条，细绳和细绳套各两个，三角板，刻度尺，图钉几个，铅笔．

4．实验步骤

(1)用图钉把白纸固定于方木板上，把橡皮筋的一端固定．

(2)在橡皮筋的另一端系上细线，用两个弹簧测力计成某一角度地通过细绳套把橡皮筋拉到某一点O.用铅笔记下O点的位置、两弹簧测力计的读数F1、F2和两条细绳的方向．如图甲所示．

(3)用一个弹簧测力计将同一条橡条筋拉到O点，记下弹簧测力计的读数F和细绳的方向．如图乙所示．

(4)选定标度，作出力F1、F2和F的图示．

(5)以F1、F2为邻边作平行四边形，并作出对角线(如图丙所示)．

(5)实验结论：F的图示和对角线在误差范围内重合．则力F对橡皮筋作用的效果与F1和F2共同作用的效果相同，所以力F就是F1和F2的合力．若已知两个力F1和F2，可以根据F1和F2做平行四边形，对角线F′就为合力．

5．注意事项：

(1)被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦．

(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同．

(3)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标点与O点连一直线确定力的方向．

(4)在同一次实验中，画力的图示所用的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大些．

(5)在具体实验时，两分力间夹角不宜过大，也不宜过小，以60°～100°之间为宜．

6．实验误差分析

本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差，因此读数时眼睛一定要正视刻度，要按有效数字正确读数和记录．两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差ΔF也越大，所以实验中不要把θ取得太大，同时夹角也不能太小．

【夯实基础练】

1．(2022•上海师范大学附属中学高三(下)第二次月考)在“研究共点力的合成”的实验中对减小实验误差有益的是(　　)

A．两细绳应尽量等长

B．用两根橡皮条代替两根细绳套

C．标记同一细绳方向的两点要远些

D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力相差应大些

【解析】  A．两细绳没有必要等长。故A错误；

B．用两根橡皮条代替两根细绳套，不会对实验产生影响，二者效果是一样的。故B错误；

C．标记同一细绳方向的两点远些，可以减小测量误差。故C正确；

D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力相差应大些，势必会造成一个弹簧测力计的示数较小，不利于减小测量力大小的相对误差。故D错误。故选C。

【答案】  C

2．(2022•黑龙江省哈六中五模) “验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图。

(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是___。

(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          D.建立物理模型法

【解析】  (1)[1]如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，F是两个分力合力的理论值，F′是两个分力合力的实验值，则方向一定沿AO方向的是F′。

(2)[2]本实验采用的科学方法是等效替代法，故选B。

【答案】  ①F′    ②B

3．(2022•上海市杨浦区高三(上)一模)在“研究共点力的合成”实验中，下列操作能有效减小实验误差的是(　　)

A．读数时视线要正对弹簧测力计刻度

B．标记同一细绳方向的两点要近一些

C．橡皮筋与绳套相连的两根细绳必须等长

D．用两弹簧测力计同时拉橡皮筋时两弹簧测力计示数之差应尽可能大一些

【解析】  A．读数时视线要正对弹簧测力计刻度，使读数更准确，减少实验误差，A正确；

B．标记同一细绳方向的两点要远一些，才能使方向标记的更准确，B错误；

C．橡皮筋与绳套相连的两根细绳是记录拉力方向的，因此不必等长，C错误；

D．用两弹簧测力计同时拉橡皮筋时两弹簧测力计示数之差过大，可能使其中一个弹簧测力计读数过小，增大相对误差，D错误。故选A。

【答案】  A

4．(2022•河北省唐山高三(下)一模)“验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示。

(1)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

(2)图乙中的F与两力中，方向一定沿AO方向的是___________；

(3)关于实验下列说法正确的是___________。

A．拉橡皮条的细绳短一些，实验效果较好

B．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行

C．橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力和的夹角越大越好

D．在同一实验中O点位置不能变

【解析】  (1)[1]本实验用一根弹簧的拉力代替两根弹簧的拉力作用效果，采用等效替代法。故选B。

(2)[2]F是通过作图的方法得到合力的理论值，在平行四边形的对角线上，而F′是通过一个弹簧秤沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点，其方向一定沿AO方向。

(3)[3]A．在实验中要减小拉力方向的误差，应让标记同一细绳方向的两点尽量远些，故细绳应该长一些，故A错误；

B．作图时，我们是在白纸中作图，做出的是水平力的图示，若拉力倾斜，则作出图的方向与实际力的方向有较大差别，故应使各力尽量与木板平面平行，故B正确；

CD．两个拉力的夹角过大，合力会过小，取理论值时相对误差变大，故应使夹角合适即可，但要保证力的作用效果即O点位置不能变，故C错误，D正确。故选BD。

【答案】  B     F′     BD##DB

5．(2022•西北工业大学附属中学高三(上)第四次适应性训练)某同学在“探究弹簧和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为1000N/m。如图所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下：

(1)弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是_______N(图乙中所示)，则弹簧秤b的读数可能为_______N。(第二空保留2位小数)

(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤b的读数_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。

【解析】  (1)[1]弹簧秤a的分度值为0.1N，需要估读到0.01N，所以读数为8.00N。

[2]根据胡克定律可知弹簧的弹力大小为，根据平行四边形定则可得弹簧秤b拉力大小的理论值为，所以弹簧秤b的读数可能为6.00N。

(2)[3]如图所示，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，可知弹簧秤b的读数变大。

【答案】  ①8.00    ②6.00    ③变大

6．(2022•湖南师范大学附属中学第四次月考)一个同学做验证力的平行四边形定则的实验器材为：方木板、白纸、大头针一盒、橡皮筋一盒、刻度尺、铅笔。实验步骤如下：

A．用几枚大头针将白纸固定在方木板上；

B．挑选三根相同的橡皮筋，将其中一端连接在一起，用刻度尺分别测量三根橡皮筋原长时的长度；

C．在白纸上适当距离固定三枚大头针A、B、C，将三根橡皮筋另一端分别套在A、B、C上，如图所示，用刻度尺分别测量橡皮筋长度OA、OB、OC，计算并记录每根橡皮筋长度的变化量；

D．去掉橡皮筋，选取适当标度，在白纸上根据OA、OB、OC的方向和          作出三力的图示，然后以沿OB、OC方向的力为邻边作平行四边形，作出对角线，并用刻度尺测量对角线长度，比较对角线长度、方向与沿OA方向的橡皮筋的长度变化量、方向的关系。

(1)D步骤中应填写__________________；

(2)以上实验步骤中有一处存在疏漏，请指出来并改正：__________________；

(3)下列有关实验的说法不正确的是__________。

A．实验前应将任意两根橡皮筋一端套在一起对拉，选择伸长量相同的橡皮筋做实验

B．应调整大头针A、B、C位置多次实验，使三根橡皮筋的结点O位置保持不变

C．实验中用橡皮筋长度的变化量表示弹力大小

D．实验中应使橡皮筋与白纸平行

【解析】  (1)[1]三根橡皮筋劲度系数相同，弹力大小与长度变化量成正比。

(2)[2]橡皮筋结点位置O与三枚大头针的连线可确定橡皮筋拉力的方向。

(3)[3]AC．根据胡克定律，三根橡皮筋的劲度系数相同时，可以用橡皮筋长度变化量代替弹力大小，因此实验中三根橡皮筋的劲度系数应相同，AC正确；

B．每次调整大头针位置，只需记录结点位置，根据大头针和结点位置即可确定弹力方向，B不正确；

D．实验中橡皮筋与白纸平行，力沿纸面方向，D正确。故选B。

【答案】  ①橡皮筋长度的变化量大小    ②C选项中，除了记录每根橡皮筋的长度变化量外，还需用铅笔在白纸上标记橡皮筋结点O的位置    ③B