人教版高考物理一轮总复习实验3探究两个互成角度的力的合成规律习题含答案

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实验三　探究两个互成角度的力的合成规律

(建议用时：25分钟)

1．某探究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图甲所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。

甲　　　　　　乙

(1)用一个测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图乙所示，F的大小为________N。

(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。

①用适当长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图甲中画出力F1、F2的图示，然后按照平行四边形定则画出它们的合力F合；

②F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。

若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。

解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0 N。

(2)①利用平行四边形定则作图，如图所示。

②由图可知F合＝4.2 N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1 mm，顶点的纵坐标长度为21 mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值约为0.05。

答案：(1)4.0　(2)①见解析图　②4.2　0.05

2．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，在A和B处固定两个光滑的滑轮，将绳子打一个结点O，每个钩码的质量相等，当系统达到平衡时，根据钩码的个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：

(1)(多选)改变钩码个数，实验能完成的是(　　)

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(　　)

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，你认为下图中________(选填“甲”或“乙”)是正确的。

解析：(1)对O点进行受力分析，OA、OB、OC分别表示三个力的大小，因为三个共点力处于平衡状态，所以三个力的大小构成一个三角形。以钩码的个数表示力的大小，A不能构成三角形，所以A选项是错误的；B可以构成等腰三角形，所以B选项是正确的；C可以构成等边三角形，所以C选项是正确的；D可以构成直角三角形，所以D选项是正确的。

(2)为验证平行四边形定则，必须作受力图，所以应先明确受力点，即标记结点O的位置，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，是从力的三要素角度出发，要记录钩码的个数和记录OA、OB、OC三段绳子的方向，所以A正确，B、C、D错误。

(3)以O点为研究对象，F3的实际作用效果在OC这条线上，因为误差的存在，理论值要与实际值有一定偏差，故题图甲符合实际，题图乙不符合实际。

答案：(1)BCD　(2)A　(3)甲

3．某实验小组用如图所示的器材探究两个互成角度的力的合成。在水平的圆形桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边上，滑轮P2、P3可沿桌边移动。

步骤如下：

A. 在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，调整滑轮P2、P3的位置并使结点O静止；

B. 在白纸上描下O点的位置和三根轻绳的方向，以O点为起点，用同一标度作出三个拉力的图示；

C. 以绕过滑轮P2、P3轻绳的两个力为邻边作平行四边形，作出以O点为起点的平行四边形的对角线，量出对角线的长度；

D. 检验对角线的长度和绕过滑轮P1的轻绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一条直线上。

(1)第一次实验中，若一根轻绳挂的钩码质量为m，另一根轻绳挂的钩码质量为2m，则第三根轻绳所挂的钩码质量M应满足关系________________。

(2)第二次实验时，改变滑轮P2、P3的位置和相应轻绳上钩码的数量，使结点平衡，轻绳的结点________(选填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合。实验中，若桌面倾斜，________(选填“会”或“不会”)影响实验的结论。

解析：(1)若一根轻绳上挂的钩码质量为m，另一根轻绳上挂的钩码质量为2m，则两根轻绳的拉力分别为mg、2mg，两根轻绳不共线，两根轻绳拉力的合力F的范围是2mg－mg<F<2mg＋mg，即mg<F<3mg；三力的合力为0，则第三根轻绳中的拉力范围为mg<F3<3mg，第三根轻绳上挂的钩码质量为 m<M<3m。