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实验特训3 探究两个互成角度的力的合成规律(原卷版)-2025高考物理一轮新题型综合特训(上海专用)
展开实验题
材料一:
1.某学习小组利用如下方案探究两个互成角度的力的合成规律。如图(a)所示,竖直木板上固定有白纸,两个光滑的滑轮a、b固定在木板上同一高度处,三根细线在O点打结,细线1绕过滑轮a悬挂4个钩码,细线2绕过滑轮b悬挂3个钩码,弹簧测力计通过细线3拉结点O。最后在白纸上画出力的图示进行探究,钩码均相同。
(1)实验过程中,下列做法符合要求的是 。
A.测量时,弹簧测力计要与细线3处在同一直线上且与木板平行
B.测量时,弹簧测力计必须竖直向下拉细线3
C.稳定后,应在白纸上记录结点O的位置、三根细线的方向及弹簧测力计的示数
(2)读出弹簧测力计的示数为5.6N,三根细线的方向用在白纸上的投影点标记,如图(b)所示,请选择合适的标度,在图(b)中完成作图 。当弹簧测力计单独悬挂5个相同的钩码时,读数为5.0N。
(3)根据所作的图,得出的结论为 。
【答案】 AC/CA 见解析 在误差允许的范围内,力的合成遵循平行四边形定则
【详解】(1)[1]A.测量时,为了减小误差,弹簧测力计要与细线3处在同一直线上且与木板平行,故A正确;
B.本实验探究两个互成角度的力的合成规律,对力的方向没有要求,则测量时,弹簧测力计不需要竖直向下拉细线3,故B错误;
C.稳定后,应在白纸上记录结点O的位置、三根细线的方向及弹簧测力计的示数,故C正确。
故选AC。
(2)[2]当弹簧测力计单独悬挂5个相同的钩码时,读数为5.0N,可知每个钩码的重力为,则有
,
选择合适的标度作图,的等大反向的力即为测量出的、的合力,利用平行四边形定则作出的、的合力的理论值为,如图所示
(3)[3]根据所作的图,比较和,得出的结论为:在误差允许的范围内,力的合成遵循平行四边形定则。
材料二:
2.某同学在做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验时,已有的实验器材有:两个弹簧秤、橡皮条(带两个较长的细绳套)、三角尺、木板、白纸和图钉。
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 D.理想模型法
②下列几项操作有必要的是
A.两个弹簧测力计的示数必须相等 B.两个弹簧测力计之间的夹角必须取
C.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 D.同一次实验中,结点O的位置不变
③对减小实验误差有益的做法是
A.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行,
B.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大
C.标记同一细绳方向的两点要近一些
④图中四个力中,不是由弹簧测力计直接测得的是
【答案】 B D A F
【详解】①[1]合力与分力作用效果相同,实验方法为等效替代法,故选B;
②[2]A.两个弹簧测力计的示数适当大些,但不必一定相等,故A错误;
B.两个弹簧测力计之间的夹角适当大些,不一定取,故B错误;
C.橡皮条对结点的拉力与两细绳套的拉力的合力平衡,而两细绳套的拉力不一定相等,所以橡皮条与两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上,故C错误;
D.同一次实验中,为了保证两分力的作用效果不变,结点O的位置不变。故D正确。
故选D;
③[3]A.为了减小实验中摩擦造成的误差,弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行,故A正确;
B.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应适当大些,不能太大,也不能太小,故B错误;
C.为了更加准确记录力的方向,标记同一细绳方向的两点要远一些,故C错误。
故选A;
④[4]用平行四边形定则作出的合力在平行四边形的对角线上,所以不是由弹簧测力计直接测得的是F。
材料三:
3.某同学用平板和制作了一个直角架.该同学想通过该装置,利用压力传感器和量角器来验证力的平行四边形定则,主要实验步骤如下:
(1)平板置于水平面上,压力传感器固定在平板上,将木块置于压力传感器正上方,木块紧靠平板,如图甲所示,记录此时传感器的示数,此时平板对木块的弹力为 ;
(2)以直角架连接边为转轴,抬高平板的另一端,使平板绕转轴逆时针旋转,平板转过的角度为时,记录传感器的示数,如图乙所示;
(3)在误差允许的范围内,比较和的大小,若与的关系为 ,即可初步验证平行四边形定则;
(4)重复步骤(2),多次调整平板转动的角度,比较和的大小,多次验证;
(5)在步骤(2)中,若不考虑平板与木块间的摩擦,通过平行四边形定则可以推出平板对木块的弹力 (填“一直变大”或“先变大后变小”).
【答案】 0 一直变大
【详解】(1)[1]题图甲中平板B水平放置,平板A与木块C只接触不作用,所以平板A对木块C的弹力为0。
(3)[2]对木块C进行受力分析,可知平板A对木块C的弹力和平板B对木块C的弹力均与各自接触面垂直,由于木块C处于平衡状态,故这两个弹力的合力应该竖直向上,作出平行四边形如图1,根据几何关系可知合力为,所以在误差允许的范围内,若,即两个平板对木块C的弹力的合力与木块C受到的重力大小相等,方向相反,则可初步验证平行四边形定则。
(5)[3]平板B从题图甲所示位置缓慢旋转至题图乙所示位置的过程中,两板对木块C的弹力夹角不变,保持垂直,作出辅助圆,如图2,可知平板A对木块C的弹力一直变大。
材料四:
4.某同学网上查资料得知:头发丝的直径一般在之间,每根头发丝能承受的拉力随年龄而变化,30岁组平均约为1.50N,40岁组平均约为1.38N……。该同学利用坐标纸和一质量为100g的重物测量一根头发丝能承受的最大拉力。实验步骤如下:
(1)把坐标纸固定在竖直木板上,细绳一端固定在O点,另一端与重物相连。
(2)头发丝与细绳在结点A处连接,用指尖捏紧头发丝的右端,水平缓慢拉动,直至头发丝被拉断(断裂前一刻位置如图所示,整个过程中细绳、头发丝均与坐标纸平行)。
①可估算出该头发丝能承受的最大拉力为 N(取,保留3位有效数字)。接下来根据此数据推测该头发丝对应者的年龄范围,并与头发丝所有者的真实年龄进行对比,判断网上说法是否正确。
②用螺旋测微器测量头发丝直径如图所示,可知其直径d= mm。
【答案】 1.69 0.077/0.078/0.079
【详解】(2)①[1]该头发丝能承受的最大拉力为
②[2] 头发丝直径
材料五:
5.如图所示,某同学设计的“探究互成角度的力的合成规律”实验装置,实验步骤如下:
①用图钉把一张白纸钉在木板上;
②用弹簧测力计测出重物M所受的重力;
③将木板竖直放置,三个细线套一端共系于一个结点,另一端分别系于轻质弹簧测力计A、B和重物M上,A挂于固定点P,手持B拉动细线,使结点静止于O点;
④分别记录O点位置,两个弹簧测力计的示数和方向;
⑤改变手持方向,使结点仍静止于O点,重复步骤④。
请回答下列问题:
(1)某次实验中弹簧测力计A的指针位置如图甲所示,其读数为 N;
(2)图乙中的F与两个力中,方向和细线方向相同的是 (选填“F”或“”);
(3)要使弹簧测力计B的示数最小,细绳的方向应为 。
A.竖直方向 B.水平方向 C.垂直于的方向 D.沿方向
【答案】 2.00 C
【详解】(1)[1] 弹簧测力计的分度值为0.1N,读数为2.00N;
(2)[2]实验中有误差,所以为实验测量值,方向和细线方向相同;
(3)[3]根据题意作出力的合成如图:
可知细绳的方向垂直于时弹簧测力计B的示数最小。
故选C。
材料六:
6.某实验小组用橡皮筋验证力的平行四边形定则,实验步骤如下:
①取三条规格相同的橡皮筋,用刻度尺测量并记录它们的自然长度;
②用弹簧测力计分别将三条橡皮筋拉至相同的长度,若弹簧测力计的示数相同,则继续进行后续实验;
③将三条橡皮筋的一端系在一起,再将其中两条的另一端分别固定在贴有白纸的水平木板上的M、N两点,如图所示;
④将第三条橡皮筋的另一端P系一细绳,用力拉细绳,使三条橡皮筋的结点静止在某位置,在白纸上将该位置记作O,同时记录三条橡皮筋的方向和长度;
⑤以结点位置O为起点,分别沿OM、ON方向和PO方向作出线段、、,使每条线段的长度与各自对应的橡皮筋的成正比。
⑥以线段、为邻边作平行四边形,若对角线同线段重合,则说明两个力和它们的合力符合平行四边形定则。
⑦重复以上实验步骤中的④⑤⑥,多做几次实验。
请完成以下问题
(1)以下说法正确的是 。
A.该实验所选用三条橡皮筋的自然长度要相等
B.步骤②的目的是验证三条橡皮筋的劲度系数是否相同
C.步骤④中拉细绳的力可以不与木板平行
D.步骤⑦中多次实验结点静止时的位置O必须在同一位置
(2)将步骤⑤填空中的答案填在答题卡对应的位置上;
(3)若第二次实验同第一次相比较,OM、ON夹角不变,OM、OP的夹角变小;橡皮筋OP长度不变,则橡皮筋OM长度 ;则橡皮筋ON长度 。(选填“变大”或“变小”或“不变”)
【答案】 AB/BA 变小 变大
【详解】(1)[1]AB.三条橡皮筋的规格相同,自然长度要相等,且劲度系数要相同,步骤②的目的是验证三条橡皮筋的劲度系数是否相同,故AB正确;
C.拉线方向必须与木板平面平行,这样才确保力的大小准确性,故C错误;
D.改变拉力,进行多次实验,每次没必要使O点在同一位置,故D错误。
故选AB。
(3)[2][3]若第二次实验同第一次相比较,OM、ON夹角不变,OM、OP的夹角变小;橡皮筋OP长度不变,由平行四边形定则可知,橡皮筋OM长度变小;则橡皮筋ON长度变大。
材料七:
7.图甲、乙、丙、丁为“探究求合力的方法”的实验过程。
①如图甲所示,橡皮条的一端固定,另一端系一轻质小圆环。在图乙中,用两个弹簧测力计通过轻绳共同拉动小圆环,小圆环受到拉力、、的共同作用,静止于O点。改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环,弹簧测力计拉力为F,使小圆环仍静止于O点,如图丙所示。则与的合力与 相等,、与 的合力为0。(均选填“F”或“”)
②在图乙中,用A、B两只弹簧测力计把小圆环拉到O点,这时AO、BO间夹角,如图丁所示。现改变弹簧测力计A的拉力方向,使角减小,但不改变它的拉力大小,那么要使小圆环仍被拉到O点,需调节弹簧测力计B拉力的大小及角,在下列调整方法中,可能实现目标的方法是 。
A. 增大B的拉力和角 B. 增大B的拉力,角不变
C. 增大B的拉力,同时减小角D. B的拉力大小不变,增大角
【答案】 F ABC
【详解】①[1] [2]与共同作用的效果与F单独作用的效果相同,则与的合力与F相等;小圆环受到拉力、、的共同作用,静止于O点,则、、的合力为0;
②[3]保持O点位置不动,即合力大小、方向不变,弹簧测力计A的读数不变,只要符合该条件而且能够作出力的平行四边形即可,如图所示
A.如果从1变到4,能够作出力的平行四边形,故A正确;
B.如果从1变到3,能够作出力的平行四边形,故B正确;
C.如果从1变到2,能够作出力的平行四边形,故C正确;
D.B的拉力大小不变,增大角,不能够作出力的平行四边形,故D错误。
故选ABC。
材料八:
8.“探究力的平行四边形定则”的实验如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图。
(1)本实验采用的科学方法是 。
A.理想实验法 B.放大法
C.等效替代法 D.建立物理模型法
(2)图乙中一定沿AO方向的力是 (填“F”或“F'”)。
(3)同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是 。
A.弹簧测力计与木板平面应平行
B.橡皮条应与两绳夹角的角平分线在同一直线上
C.两根细绳必须等长
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些
【答案】 C F' AD/DA
【详解】(1)[1]本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同,采用的科学方法是等效替代法,故C正确。
(2)[2]实验中F是由平行四边形定则得出的,而F'是通过实验方法得出的,F'一定沿AO方向。
(3)[3]A.测量力的实验要求尽量准确,为了减小实验的误差,操作中要求弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行,故A正确;
B.拉橡皮条时只要确保拉到同一点即可,橡皮条不一定要在两细绳夹角的角平分线上,故B错误;
C.通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条时,不要求两细绳等长,故C错误;
D.为了更加准确地记录力的方向,拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,故D正确。
故选AD。
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