实验特训3 探究两个互成角度的力的合成规律（解析版）-2025高考物理一轮新题型综合特训（上海专用）

这是一份实验特训3 探究两个互成角度的力的合成规律（解析版）-2025高考物理一轮新题型综合特训（上海专用），共11页。试卷主要包含了某同学用平板和制作了一个直角架，某同学网上查资料得知等内容，欢迎下载使用。


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。