(能力提高练) 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

【能力提高练】   第五节 实验：探究力的合成规律

1．(2022•上海市杨浦区一模)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

2．(2022•华南师范大学附属中学一模)(1)在“验证力的平行四边形定则”实验中，先用两只弹簧测力计通过两个细绳套互成角度地牵拉橡皮条至某一点O，则需要记录___________、___________、___________；然后再改用一只弹簧测力计牵拉，使橡皮条伸长到___________，依次如图甲、乙所示；

(2)请根据图乙，读出此次测量中弹簧测力计的示数F=___________；

(3)如图丙，根据实验的数据记录，按选定的标度(己知图中相邻圆环间距表示1N)己作出了两个分力、的图示(大小未标出)，请继续在图丙中：

①按同样的标度作出力(即合力的测量值)的图示；___________

②按力的平行四边形定则作出、的合力的图解值。

(4)由(3)可以得出实验结论___________；

【解析】  (1)[1][2][3][4] 在“验证力的平行四边形定则”实验中，先用两只弹簧测力计通过两个细绳套互成角度地牵拉橡皮条至某一点O，则需要记录O点的位置、两个弹簧测力计的读数、两个细绳套的方向；然后再改用一只弹簧测力计牵拉，使橡皮条伸长到O点。

(2)[5]弹簧测力计的分度值为0.2N，需要估读到0.1N，即示数为F=4.0N。

(3)[6]如图所示。

(4)[7]由(3)作出的图示可以看出F和F′在误差允许范围内近似相等，得出的实验结论是在误差范围内，两个力的合成遵循平行四边形法则。

【答案】   ①O点的位置    ②两个弹簧测力计的读数    ③两个细绳套的方向    ④O点    ⑤4.0N    ⑥    ⑦在误差范围内，两个力的合成遵循平行四边形法则

3．(2022•上海市黄浦区高三(上)一模)如图，在“研究共点力的合成”的实验中：

①下列操作对减小实验误差有益的是________。

A．拉橡皮筋的细绳尽量长些

B．两细绳取等长

C．拉橡皮筋时，弹簧测力计、细绳、橡皮筋都与木板平行

D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力大小尽量相差得大些

E．标记同一细绳方向的两点尽量远些

②实验中若用两根橡皮筋代替两根细绳套，将_______(选填“仍能”或“不能”)按原方案完成实验。

③甲、乙两同学用两个量程均为0~5N的弹簧测力计操作实验。他们从实验器材篮里拿出测力计，用两个测力计互成锐角地把橡皮筋与细绳的连结点拉到某位置，乙同学在结点正下方标记O点，并记录下两个测力计读数分别为3.8N和4.2N，之后便将橡皮筋释放。

请指出甲、乙两同学以上操作中存在的问题：________。

【解析】  ①[1]ABE．拉橡皮筋的细绳尽量长些，标记同一细绳方向的两点尽量远些，这些措施都有益于减小力方向的测量误差，但两细绳没必要取等长，故AE符合题意，B不符合题意；

C．拉橡皮筋时，弹簧测力计、细绳、橡皮筋都与木板平行，从而避免因摩擦而造成的误差，故C符合题意；

D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力大小尽量相差得大些，这样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不符合题意。

故选ACE。

②[2]实验中细绳套用于反映拉力方向，用两根橡皮筋代替两根细绳套依然可以达到这一目的，所以仍能按原方案完成实验。

③[3]甲、乙两同学在操作中存在的问题：在使用前未对弹簧测力计进行调零操作；未记录两测力计拉力方向；两拉力合力大于5N，用一个测力计拉橡皮筋结点到O点时会超出量程。

【答案】  ACE     仍能     在使用前未对弹簧测力计进行调零操作；未记录两测力计拉力方向；两拉力合力大于5N，用一个测力计拉橡皮筋结点到O点时会超出量程

4．(2022•湖南省长沙市第一中学高三第五次月考)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)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。

(1)用一只测力计将橡皮筋的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(b)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(a)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和。

①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力合___。

②合的大小为____N，合与拉力F的夹角的正切值为____。若合与拉力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)[1] 由图(b)可知弹簧测力计的最小刻度为0.2N， 则的大小为4.0N。

(2) ①[2]取5mm的长度对应的力的大小为1N，则、的大小如图所示，利用平行四边形定则做出它们的合力如图：

②[3]由图可知：合

[4]从合的顶点向轴和轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1mm，顶点的纵坐标长度为20mm，则可得出合与拉力的夹角的正切值为：

【答案】  ①4.0    ②见解析    ③4.0    ④0.05

5．(2022•云南省昆明市第一中学高三(下)第八次适应性训练)小阳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”实验。他找了几根细绳、铁块、细环、铅笔、刻度尺、白纸和弹簀秤，进行如下的实验操作：

①先把白纸固定在竖直墙壁上。用两个弹簧秤通过细环上的绳套互成角度拉住细环，铁块通过细绳悬挂在细环上。弹簧秤保持与墙面平行；

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、弹簧秤A、B的拉力方向，读出两弹簧秤的示数；在白纸上选好标度，由O点出发沿弹簧秤拉力方向作出这两个力F1、F2的图示；

③只用一个弹簧秤悬挂铁块，等稳定后如图乙所示，记录此时短细绳的方向并读出弹簧秤的示数F，在白纸上选好标度，由O点出发沿弹簧秤拉力方向作出这个力F的图示；

④以F1、F2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；

⑤比较F与得出结论。

完成下列问题：

(1)F与两个力一定在竖直方向的是_______；

(2)若图甲和图乙中的O点不在同一位置时，图乙中一个弹簧测力计的作用效果与图甲中两个弹簧测力计的共同作用效果________(填“相当”或“不相当”)；

(3)在某次实验中，若该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，为了解决这一问题，在不换用弹簧测力计的前提下，以下办法可行的是______。

A.换一个比铁块质量小的物体悬挂

B.弹簧测力计A、B互换位置

C.减小OA与竖直方向之间的夹角

D.保证O点位置不动，同时将弹簧测力计B缓慢沿顺时针方向转过某一夹角

【解析】  (1)[1]通过一个弹簧测力计与铁块相连，其方向一定与重力等大反向，所以一定在竖直方向上，而是通过作图的方法得到合力的理论值，由于误差关系，不一定在竖直方向上；

(2)[2]若图甲和图乙中的O点不在同一位置时，图乙中一个弹簧测力计的作用效果与图甲中两个弹簧测力计的共同作用效果都是与铁块重力等大反向，作用效果是相当的；

(3)[3]ACD．A超过出其量程，则说明弹簧测力计B与重物这根细线的力的合力已偏大，又由于拉铁块的细线力的方向已确定，所以要么减小铁块的重量，要么改变两分力的夹角，即减小OA与竖直方向之间的夹角，或保证O点位置不动，同时将弹簧测力计B缓慢沿逆时针方向转过某一夹角，故AC正确，D错误；

B．弹簧测力计A、B量程相同，换了位置后B又会超出量程，故B错误。故选AC。

【答案】  ①F    ②相当    ③AC

6．(2022•天津市耀华中学高三(上)第三次月考)(1)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学的实验情况如图所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，和为细绳。

①本实验中，下列方法和操作正确的有_______

A.为计算方便，两个分力间的夹角尽量选择90度

B.为减小误差，两个分力间的夹角应尽可能大甲

C.橡皮筋的细绳要尽量短一些以方便确定拉力方向

D.弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度

②为了完成实验，在用两个弹簧秤成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有_______

A.两细绳的方向        B.橡皮筋的原长         C.两弹簧秤的示数         D.结点O的位置

③若保持结点O的位置及方向不变，而将顺时针缓慢转动一小角度，其他操作均正确，则_____。

A.弹簧秤甲的示数不变             B.弹簧秤甲的示数一直减小

C.弹簧秤乙的示数可能增大         D.弹簧秤乙的示数一定先减小后增大

【解析】  ①[1]AB．两个分力的夹角不能太大，也不能太小，太大会导致合力很小，带来测量误差较大，太小则合力过大，可能超出弹簧的弹性限度；实验是通过力的图示来比较理论上的合力与实际的合力大小与方向，不是计算法比较，所以不需要夹角90°这样的要求；故AB错误；

C．为了准确记下拉力的方向，故采用两点描线时两点应尽量距离大一些，细绳应长些，故C错误;

D．作图时，我们是在白纸中作图,做出的是水平力的图示，为了减小因摩擦造成的误差,故应使各力尽量与木板面平行；以及读弹簧秤示数时，视线要正对刻度，故D正确。故选D。

②[2]该实验的实验目的是验证力的平行四边形定则，要根据两个弹簧拉橡皮筋时两个拉力的大小和方向做出平行四边形求出其合力大小，然后与一个弹簧拉橡皮筋时的拉力大小进行比较，最后得出结论，故需要记录的是结点O的位置、两弹力的大小和方向，故ACD正确，B错误。故选ACD。

③[3]对点O受力分析，受到两个弹簧的拉力和橡皮条的拉力，保持结点O的位置及OB绳方向不变，其中橡皮条长度不变，其拉力大小不变，即合力不变；如图所示；由图可知，弹簧秤甲的示数一直减小，但弹簧秤乙的示数可能增大，也有可能减小，要根据夹角的大小进行判断；故AD错误，BC正确。故选BC。

【答案】  ①D    ②ACD    ③BC

7．(2022•湖南省长郡中学第四次月考)小明在做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验。

(1)拉OC细绳的弹簧测力计的示数为___________(单位为N)。

(2)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

(3)操作中应注意的事项有___________。

A．两根细绳必须等长

B．两次实验要将橡皮条和细绳的结点拉到相同位置

C．弹簧测力计、细绳和橡皮条都应与木板平行

D．用两弹簧测力计同时拉细绳时，两弹簧测力计必须相互垂直

【解析】  (1)[1]由图可知，弹簧测力计的分度值为0.1N，其读数为2.60N。

(2)[2]实验中两次要求效果相同，故实验采用了等效替代法，故B正确，ACD错误。

(3)[3]A．具体实验中，两根细绳长度不需要相同，故A错误；

B．结点拉到同一位置才能说明合力相等，故B正确；

C．本实验是通过在白纸上作力的图示来验证平行四边定则，为了减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，否则，作出的是拉力在纸面上的分力，误差较大，故C正确；

D．在实验中两个分力的夹角大小适当，在作图时有利于减小误差，并非越大越好，也不需要两弹簧测力计的拉力方向一定垂直，故D错误。

【答案】  ①2.60N    ②B    ③BC

8．(2022•广东省汕头市金山中学高三(上)期末)用如图所示的器材和方法可以探究“两个互成角度的力的合成规律”。在圆形桌子透明桌面上平铺固定一张白纸，在桌子边缘安装三个不计摩擦的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动。第一次实验中，步骤如下：

A．在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，并使结点O静止；

B．在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点为起点，作出三拉力的图示；

C．以绕过P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形，作出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P1绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一条直线上。

(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．建立物理模型法

(2)下列说法正确的是(    )

A．改变滑轮P2、P3的位置和相应绳上钩码的数量进行第二次实验，绳的结点必须与第一次实验中白纸上描下的O点重合

B．实验中，若桌面不水平会影响实验的结论

C．若将细绳更换成橡皮筋进行实验不会影响实验结果

D．作三个拉力图示的时候可以采用各自不同的标度

(3)这次实验中，若一根绳挂3个钩码，另一根绳挂4个钩码，则第三根绳挂的钩码数量应大于___________个且小于___________个。(所有钩码质量相同)

【解析】  (1)[1]本实验是验证力的平四边形定则，用到了等效替代法。故ACD错误，B正确。故选B。

(2)[2]A．本实验不是先用一根绳拉，然后用两根绳去拉，使一根绳拉的作用效果与两根绳拉的作用效果相同，而是三根绳都直接拉点，所以点的位置可以改变，故A错误；

B．实验中，若桌面不水平，三个拉力的大小和它们之间的夹角不会改变，因此不会影响实验结果。故B错误；

C．若将细绳更换成橡皮筋进行实验，效果一样，不会影响实验结果。故C正确；

D．力的合成满足平行四边形法则，所以必须标度相同，故D错误。故选C。

(3)[3][4]根据合力和分力的关系，可知，第三根绳挂的钩码数量应大于1个且小于7个。

【答案】  ①B    ②C    ③1    ④7