高中物理粤教版 (2019)必修 第一册第四节 力的合成第2课时习题

第2课时　实验:探究两个互成角度的力的合成规律

基础过关练

题组一　实验原理与操作步骤

1.(2020广东普宁高一上期末)在做“验证力的平行四边形定则”实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,则下列说法中正确的是              (　　)

A.同一次实验中,O点位置允许变动

B.实验中,橡皮条、细绳和弹簧测力计应与木板保持平行

C.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹角必须取90°

D.实验中,要始终将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大测量值,然后调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点

2.(2020广东广雅中学测试)用如图所示的装置做“研究两个互成角度的共点力的合成规律”实验,主要步骤如下:

①在水平桌面上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;

②用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点,在橡皮条的另一端系上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;

③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,橡皮条与细绳的结点到达某一位置O,记下O点的位置及两个弹簧测力计的示数F1和F2;

④只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数F,记下F的大小和方向;

⑤选好标度,分别作出力F1、F2、F的图示,用虚线把F的箭头端与F1、F2的箭头端连接;

⑥多次进行实验,归纳得到结论。

回答下列问题:

(1)该实验的原理是　　　　法。 

(2)步骤③中遗漏的重要操作是　　　　　　　　　　　。 

(3)步骤④中遗漏的重要操作是　　　　　　　　　　　。 

(4)下列措施中,能减小误差的是　　　　。 

A.F1、F2的大小要尽量小些

B.在不超过弹簧测力计量程的情况下,F1、F2的大小要尽量大些

C.拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行

D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要近些

题组二　数据处理

3.(2020广东广州二模)在“验证力的平行四边形定则”实验中,橡皮条一端固定在贴有白纸的水平木板上的P点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着量程为0~5 N、分度值为0.1 N的弹簧测力计A和B,平行木板沿两个不同的方向拉弹簧测力计。某次实验,当橡皮条与两细绳的结点被拉到O点时,两细绳刚好相互垂直,弹簧测力计的示数如图甲所示。

甲

(1)两细绳对结点的拉力大小可由A、B分别读出:FA=　　　　N和FB=　　　　N; 

(2)请在图乙的方格纸(一小格边长表示0.5 N)上画出这两个力及它们合力F的图示。深度解析

乙

能力提升练

题组一　常规实验

1.(2021广东广雅中学高一上期中,)有同学利用如图所示的装置来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,将绳子打一个结点O,每个钩码的重量相等,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。回答下列问题:

(1)改变钩码个数,实验能完成的是　　　　(填正确选项前的字母)。 

A.钩码的个数N1=N2=2,N3=4

B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4

C.钩码的个数N1=N2=N3=4

D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5

(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是　　　(填选项前字母)。 

A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向

B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度

C.用量角器量出三段绳子之间的夹角

D.用天平测出钩码的质量

(3)在作图时,你认为图示中　　　　(填“甲”或“乙”)是正确的。 

题组二　创新实验

2.(2020广东深圳高三二模,)几位同学想用身边器材在宿舍做“验证力的平行四边形定则”实验,操作如下,请你完成其中的填空:

(1)找几根长度相同的轻橡皮筋,各用一根细线将其一端挂起,下端悬吊同样重的文具,选出静止时伸长量相同的三根橡皮筋,则这三根橡皮筋的劲度系数　　　。 

(2)在白纸上画一个半径　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)橡皮筋原长的圆,标记圆心位置O,将这三根橡皮筋未连细线的一端连接在一起,同时往外拉三根细线,保持三根橡皮筋与纸面平行且中间结点与圆心O重合。记录静止时三根橡皮筋与细线连接端的位置A、B、C(如图)。 

(3)移开橡皮筋,画出A、B、C三点与圆心O的连线,设三条线分别交圆周于A'、B'、C'三点,则可以用线段　　　　表示橡皮筋OA的拉力大小(同样方式表示橡皮筋OB、OC的拉力大小)。 

(4)用测得的三个力在纸上作图,验证在实验误差允许的范围内平行四边形定则是否成立。

3.(2020广东中山纪念中学高三第一次质检,)某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则,设计了如图所示的实验装置,固定在竖直木板上的量角器的直边水平,橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处,另一端系绳套1和绳套2。

(1)主要实验步骤如下:

①弹簧测力计挂在绳套1上,竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O处,记下弹簧测力计的示数F;

②弹簧测力计挂在绳套1上,手拉着绳套2,缓慢拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O处,此时绳套1沿0°方向,绳套2沿120°方向,记下弹簧测力计的示数F1;

③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1'=　　　　; 

④比较　　　　,即可初步验证; 

⑤只改变绳套2的方向,重复上述实验步骤。

(2)保持绳套2方向不变,绳套1从图示位置向下缓慢转动90°,此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动,关于绳套1的拉力大小的变化,下列结论正确的是　　　。 

A.逐渐增大　　　B.先增大后减小     C.逐渐减小　　　D.先减小后增大

第2课时　实验:探究两个互成角度的力的合成规律

基础过关练

1.B　在同一次实验中,为了使弹簧测力计两次拉橡皮条的效果相同,O点位置保持不动,故A错误;探究力的合成规律的实验要求力的测量尽量准确,为了减小摩擦对实验造成的影响,实验中,橡皮条、细绳和弹簧测力计应与木板保持平行而且不能直接接触,故B正确;实验中对两弹簧测力计之间的夹角没有具体要求,只要夹角不过大或过小,便于作图即可,故C错误;实验中弹簧测力计使用时力不能超过量程,大小适当即可,对其大小并没有具体要求,故D错误。

2.答案　(1)等效替代法　(2)记下两条细绳的方向　(3)把橡皮条与细绳的结点拉到位置O　(4)BC

解析　(1)该实验的原理是两个弹簧测力计的拉力作用效果与一个弹簧测力计的拉力的作用效果相同,即等效替代法。

(2)步骤③中遗漏的重要操作是:记下两条细绳的方向。

(3)步骤④中遗漏的重要操作是:把橡皮条与细绳的结点拉到位置O。

(4)在不超过弹簧测力计量程的情况下,F1、F2的大小要尽量大些,A错误,B正确。拉橡皮条时,弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行,C正确。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错误。

3.答案　(1)4.00　2.50

(2)图见解析

解析　(1)弹簧测力计的分度值为0.1 N,由图示弹簧测力计可知,其示数FA=4.00 N,FB=2.50 N。

(2)根据所选标度作出力FA、FB的图示,然后以表示两力的线段为邻边作平行四边形,对角线表示两拉力的合力,如图所示。

导师点睛

本题考查弹簧测力计读数、作力的图示等问题。对弹簧测力计读数,先要确定其量程与分度值,然后根据指针位置读出其示数,读数时视线要与刻度线垂直;画力的图示时,要严格按照标度长度进行画图。

能力提升练

1.答案　(1)BCD　(2)A　(3)甲

解析　(1)实验中拉力大小用钩码的个数与每个钩码重力的乘积表示,实验中的分力与合力的关系必须满足F1+F2>F3,故B、C、D正确,A错误。

(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向。

(3)F3的方向一定竖直向下,而由于测量误差F1和F2的合力方向可能偏离竖直方向,所以甲是正确的。

2.答案　(1)相同　(2)等于　(3)A'A

解析　(1)橡皮筋下端悬吊同样重的文具,橡皮筋受到的拉力F大小相等,由F=kx可知,静止时伸长量x相同的三根橡皮筋,劲度系数k相同。

(2)在白纸上画一个半径等于橡皮筋原长的圆,标记圆心位置O,将这三根橡皮筋未连细线的一端连接在一起。

(3)橡皮筋伸长后,在劲度系数一定时,橡皮筋的拉力大小与橡皮筋的伸长量成正比,可以用橡皮筋的伸长量表示拉力大小,则可以用线段A'A表示橡皮筋OA的拉力大小。

3.答案　(1)　F1'和F1　(2)D

解析　(1)根据平行四边形定则,可得绳套1的拉力F1'=F tan 30°=,通过比较F1和F1',在误差允许的范围内是否相等,则可初步验证。

(2)保持绳套2方向不变,绳套1从图示位置向下缓慢转动90°,此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动,根据平行四边形定则可知,当绳套1从图示位置向下缓慢转动30°时,绳套1上的拉力最小,然后又逐渐增大,故A、B、C错误,D正确。