2025届高考物理一轮总复习第2单元相互作用实验练3探究两个互成角度的力的合成规律课件

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1.某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验的情况如图甲所示,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,图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示。
(1)某同学在做该实验时认为:A.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°B.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.画力的平行四边形要选取同一标度D.为避免实验偶然性,进行多次实验。在多次实验中,O点的位置均不能变E.细绳可以用弹性绳代替其中不正确的是　　　。 
(2)实验时下列信息中需要标记或者记录的有　　。 A.橡皮条的原长B.橡皮条原长时结点的位置C.力F'和F1、F2的大小和方向(3)若右侧弹簧测力计的示数如图丙所示,其示数是　　　 N。 (4)本实验采用的科学方法是　　　。 A.理想实验法B.控制变量法C.等效替代法D.建立物理模型法(5)图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是　　　。 
解析 (1)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适当即可,不是必须取90°,故A错误,符合题意;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,以保证拉力都在同一平面上,故B正确,不符合题意;画力的平行四边形要选取同一标度,如此作出的平行四边形才能满足实验要求,故C正确,不符合题意;同一实验O点不能变,保证两次力的作用效果相同。多次实验O点可以改变位置,故D错误,符合题意;细绳是表明方向用的,可以用弹性绳代替,故E正确,不符合题意。(2)根据实验原理,实验中需要标记或者记录的信息有力F'和F1、F2的大小和方向,以便于画出它们的力的图示并加以比较,橡皮条的原长以及原长时结点的位置无需记录。故选C。
(3)弹簧测力计的示数是3.00 N。(4)本实验使用两个弹簧测力计拉的作用效果代替一个弹簧测力计拉的作用效果,使用了等效替代法。故选C。(5)图乙中F是由平行四边形定则作出的,有一定的误差,F'是只有一个拉力沿AO方向作用时作出的,方向一定沿AO方向。
2.在验证力的平行四边形定则的实验中,将橡皮筋的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套。实验中用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮筋,把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点。(1)如图为某同学完成验证平行四边形定则实验后留下的白纸,根据图中数据,F'的大小是　　　 N。 
(2)观察上图发现,理论的合力F'与一个弹簧测力计拉动时的拉力F差异较大,经验证F测量无误,则造成这一现象可能的原因是　　　　。 A.用手压住结点后拉弹簧测力计并读数B.用两个弹簧测力计拉动时两弹簧测力计不成90°C.两个弹簧测力计首次拉动时结点位置的记录有较大偏差D.拉动过程中绳套从弹簧测力计上脱落,装上后继续实验
解析 (1)根据图中标尺可知F'的大小是1.8 N。(2)用手压住结点后拉弹簧测力计并读数,两个弹簧测力计首次拉动时结点位置的记录有较大偏差,都会造成读数错误,影响实验结果,A、C正确;两弹簧测力计不成90°不会对实验结果造成影响,B错误;拉动过程中绳套从弹簧测力计上脱落,装上后继续实验,不影响实验结果,D错误。
3.(2023浙江台州高三二模)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。如图甲所示,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3C.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5.6 N,三根细线的方向用在白纸上的投影点标记,如图乙所示,请选择合适的标度,在图乙中完成作图。当弹簧测力计单独悬挂5个相同的钩码时,读数为5.0 N。(3)根据所作的图,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
解析 (1)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;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;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。
(2)当弹簧测力计单独悬挂5个相同的钩码时,读数为5.0 N,可知每个钩码的重力为1.0 N,则有F1=4.0 N,F2=3.0 N,选择合适的标度作图,与F3等大反向的力F3'即为测量出的F1、F2的合力,利用平行四边形定则作出的F1、F2的合力的理论值为F,如图所示。(3)根据所作的图,比较F3'和F,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。
4.(2023浙江金华高三三模)小张同学通过下面操作“探究两个互成角度的力的合成规律”。①橡皮条的下端系上轻质小圆环,橡皮条的上端固定于O点。将圆心为O'并画有等间距同心圆的圆盘竖直置于O点下方(如图所示);
②将一定滑轮安装到OO'的延长线上,装有沙子的小桶用细线绕过定滑轮悬挂在小圆环上,改变小桶内沙子的质量,使小圆环与同心圆的圆心位置重合,记录下此时OO'的方向及桶和沙子的质量m;③将两定滑轮A、B分别安装于圆盘的左、右两侧(滑轮位置可调整),两个装有一定量沙子的小桶分别用细线绕过定滑轮A、B悬挂在小圆环上,记录下其质量mA和mB;④通过调节两滑轮的位置来改变O'A、O'B的方向,使小圆环回到同心圆的圆心位置,记录下　　　　　　　　; ⑤在圆盘上分别作出小圆环前后受到的三个拉力的图示,探究三者之间的关系。
(1)步骤④中应记录下　　　　　　　　　; (2)在同一次探究活动中,同心圆圆盘的位置　　　(选填“能”或“不能”)发生移动; (3)要确保通过调整两定滑轮的位置,使小圆环能回到同心圆圆心,mA和mB需满足的条件是　　　; A.mA=mBB.mA+mBmD.可以是任意的(4)某次实验中,定滑轮A放左侧,定滑轮B放右侧,小圆环能回到同心圆圆心,则能找到的O'A与O'B的方向是　　　　(选填“唯一”或“不唯一”)的,为减小实验误差,定滑轮应离圆心　　　　(选填“远一些”或“近一些”)。 
O'A与O'B的方向
解析 (1)根据探究合力与分力的关系可知,通过调节两滑轮的位置来改变O'A、O'B的方向,使小圆环回到同心圆的圆心位置,记录下O'A、O'B的方向即两分力的方向。(2)根据实验原理可知,要使合力与分力效果相同,则在同一次探究活动中,同心圆圆盘的位置不能发生移动。(3)根据合力与分力的关系可知,合力可以大于分力,也可以等于两分力,还可以小于分力。故选D。(4)根据合力与分力效果相同,通过改变两分力大小,合力不变,则两分力的方向也随之改变,即O'A与O'B的方向是不唯一的,记录分力方向时,尽量使记录的两点距离远些,即定滑轮应离圆心远一些。
5.(2023山东聊城模拟)为验证力的平行四边形定则,某同学准备了以下器材:支架、弹簧、刻度尺、量角器、坐标纸、细线、定滑轮(位置可调)两个、钩码若干。支架带有游标尺和主尺,游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上,主尺可升降,如图甲所示。
实验步骤如下:(1)仪器调零。如图甲所示,将已测量好的劲度系数k为5.00 N/m的弹簧悬挂在支架上,在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线,调节支架竖直。调整主尺高度,使主尺与游标尺的零刻度线对齐。滑动指针,对齐挂钩上的O点,固定指针。
(2)搭建的实验装置示意图如图乙所示。钩码组mA=40 g,钩码组mB=30 g,调整定滑轮位置和支架的主尺高度,使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针。实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得α=36.9°,β=53.1°,由图丙可读出游标卡尺示数为　　　 cm,由此计算出弹簧拉力的增加量ΔF=　　　　 N。当地重力加速度g为9.80 m/s2。 
(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图丁中作出,并用平行四边形定则作出合力F'。
(4)依次改变两钩码组的质量,重复以上步骤,比较F'和F的大小和方向,得出结论。实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果　　　　(选填“有”或“无”)影响。