新高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)專題實(shí)驗(yàn)03 探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律 （含解析）

這是一份新高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)專題實(shí)驗(yàn)03 探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律 （含解析），共10頁(yè)。試卷主要包含了對(duì)本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)創(chuàng)新的方法，1N，則其讀數(shù)為2等內(nèi)容，歡迎下載使用。
實(shí)驗(yàn)03 探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律1.掌握實(shí)驗(yàn)原理、器材、步驟及注意事項(xiàng).2.理解教材基本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法，并會(huì)進(jìn)行誤差分析.3.理解創(chuàng)新和拓展實(shí)驗(yàn)原理并會(huì)處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行誤差分析．1．實(shí)驗(yàn)原理(1)等效法：一個(gè)力F′的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長(zhǎng)到同一點(diǎn)，所以一個(gè)力F′就是這兩個(gè)力F1和F2的合力，作出力F′的圖示，如圖所示．(2)平行四邊形定則：根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示．(3)驗(yàn)證：比較F和F′的大小和方向，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，則驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．2．實(shí)驗(yàn)器材木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)(2只)、三角板、刻度尺等．3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上，如圖所示．(2)用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一點(diǎn)O.(3)用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2，利用刻度尺和三角板作平行四邊形，畫出對(duì)角線所代表的力F.(4)只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面實(shí)驗(yàn)中的相同位置O，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F′和細(xì)繩的方向，以同樣的標(biāo)度作出F′的圖示．(5)比較F和F′，觀察它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等．4．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，過O點(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線，此對(duì)角線即為合力F的圖示．(2)用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出拉力F′的圖示．(3)比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗(yàn)證平行四邊形定則．5．注意事項(xiàng)(1)彈簧相同：使用彈簧測(cè)力計(jì)前，要先觀察指針是否指在零刻度處，若指針不在零刻度處，要設(shè)法調(diào)整指針，使之指在零刻度處，再將兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉，兩個(gè)示數(shù)相同方可使用．(2)位置不變：在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同．(3)角度合適：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，其夾角不宜太小，也不宜太大，以60°～120°之間為宜．(4)盡量減少誤差：在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)形變應(yīng)盡量大一些；細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力的方向．(5)統(tǒng)一標(biāo)度：在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些．6.對(duì)本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)創(chuàng)新的方法常見創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案合力的改進(jìn)：橡皮筋伸長(zhǎng)到同一位置→鉤碼(重物)的重力不變分力的改進(jìn)：彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)→力的大小創(chuàng)新：彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)→橡皮筋長(zhǎng)度的變化【典例1】（2022·河北·大名縣第一中學(xué)高三階段練習(xí)）某實(shí)驗(yàn)小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩，圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖。（1）按照正常實(shí)驗(yàn)操作，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是___________；（2）某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必須注意以下幾項(xiàng)其中正確的是___________（填入相應(yīng)的字母）A．兩根細(xì)繩必須等長(zhǎng)B．橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上C．在用兩個(gè)彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)要注意使兩個(gè)彈簧秤的讀數(shù)相等D．在使用彈簧秤時(shí)要注意使彈簧秤與木板平面平行E.在用兩個(gè)彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)必須將橡皮條的另一端拉到用一個(gè)彈簧秤拉時(shí)記下的位置（3）在另一小組研究?jī)蓚€(gè)共點(diǎn)力合成的實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)分力的夾角為θ，合力為F，F與θ的關(guān)系圖像如丁圖所示。已知這兩分力大小不變，則任意改變這兩個(gè)分力的夾角，能得到的合力大小的變化范圍是___________。【答案】          DE##ED     【解析】（1）[1]圖乙中F是通過平行四邊形定則得到兩個(gè)彈簧秤拉力合力的理論值，而F′是通過一個(gè)彈簧秤沿AO方向拉橡皮筋的力，是合力的實(shí)際值，所以一定沿AO方向的是。（2）[2]A．為減小力的方向的測(cè)量誤差，兩根細(xì)繩可以適當(dāng)長(zhǎng)些，但不需要等長(zhǎng)，故A錯(cuò)誤；BC．只有當(dāng)兩個(gè)彈簧秤拉力大小相等時(shí)，橡皮條才與兩繩夾角的平分線在同一直線上，而本實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)彈簧秤的拉力大小并不要求一定相等，故BC錯(cuò)誤；D．在使用彈簧秤時(shí)要注意使彈簧秤與木板平面平行，從而減小力的測(cè)量誤差，故D正確；E。在用兩個(gè)彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)必須將橡皮條的另一端拉到用一個(gè)彈簧秤拉時(shí)記下的位置，從而確保兩次力的作用效果相同，故E正確。故選DE。（3）[3]設(shè)兩個(gè)分力中較大的力為F1，較小的力為F2，由圖可知時(shí)時(shí)解得，任意改變這兩個(gè)分力的夾角，能得到的合力大小的變化范圍是【典例2】（2022·浙江省衢州市教育局高三階段練習(xí)）在“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中：（1）該實(shí)驗(yàn)運(yùn)用的思想方法是___________；A．等效替代法             B．控制變量法             C．理想模型法（2）某次實(shí)驗(yàn)中，彈簧秤的指針位置如圖所示，其讀數(shù)為___________N；（3）該小組的同學(xué)用同套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O，力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如圖所示。其中對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是___________。A． B．C． D．【答案】     A     2.00     B【解析】（1）[1]探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中需要我們讓兩次拉時(shí)的效果相同，所以是采用了等效替代法。故選A；（2）[2]由圖可知，彈簧秤的最小分度為0.1N，則其讀數(shù)為2.00N；（3）[3]A．為了便于確定拉力的方向，拉橡皮條的細(xì)繩要稍長(zhǎng)一些，同時(shí)在紙上描點(diǎn)時(shí)，所描的點(diǎn)不要太靠近結(jié)點(diǎn)，該圖中所描的點(diǎn)太靠近結(jié)點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；B．該圖中所描的點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)的距離適中，力的大小適中，而且兩個(gè)力的角度的大小也適中。故B正確；C．實(shí)驗(yàn)要方便、準(zhǔn)確，兩分力適當(dāng)大點(diǎn)，讀數(shù)時(shí)相對(duì)誤差小，但不宜太大，該圖中的讀數(shù)都太小，故C錯(cuò)誤；D．該圖中兩個(gè)分力之間的夾角太小，這樣誤差容易大，故D錯(cuò)誤。故選B。【典例3】（2022·吉林·吉化第一高級(jí)中學(xué)校高三階段練習(xí)）某實(shí)驗(yàn)小組用如圖1所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩。（1）某次實(shí)驗(yàn)中兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力及兩個(gè)拉力的合力F的示意圖如圖2所示，為一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí)的拉力。如果沒有操作失誤則圖2中的F與兩方中，方向一定沿AO方向的是___________。（2）關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作，下列步驟中必要的是___________。A．同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮筋拉長(zhǎng)時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置一定要相同B．實(shí)驗(yàn)前要將兩只彈簧測(cè)力計(jì)豎直互鉤對(duì)拉，檢查兩彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)是否相同C．兩分力的夾角應(yīng)取90°較好，便于之后運(yùn)算中采用勾股定理以驗(yàn)證平行四邊形定則D．拉力方向應(yīng)與木板平面平行，且兩個(gè)分力的值要適當(dāng)大些（3）同學(xué)接著進(jìn)行了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)，一豎直木板上固定白紙，白紙上附有角度刻度線，彈簧測(cè)力計(jì)a和b連接細(xì)線系于O點(diǎn)，其下端用細(xì)線掛一重物Q，使結(jié)點(diǎn)O靜止在角度刻度線的圓心位置。分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)a和b的示數(shù)，并在白紙上記錄拉線的方向。則圖中彈簧測(cè)力計(jì)a的示數(shù)為___________N；彈簧測(cè)力計(jì)a、b均繞O點(diǎn)順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，且保持兩彈簧測(cè)力計(jì)間的夾角不變，直到彈簧測(cè)力計(jì)a方向水平為止，此過程中彈簧測(cè)力計(jì)a的示數(shù)會(huì)___________、彈簧測(cè)力計(jì)b的示數(shù)會(huì)___________（填“變大”、“不變”、“變小”、“先變大后變小”或“先變小后變大”）。【答案】          AD     5.80     變小     變大【解析】（1）[1] 用一根彈簧秤拉皮筋時(shí)，拉力的方向與橡皮筋的方向在同一條直線上，即F與F′兩個(gè)力中，方向一定沿AO方向的是F′ 。（2）[2] A．在同一次實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使力的作用效果相同，使橡皮筋拉長(zhǎng)時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置一定要相同，故A正確； B．彈簧測(cè)力計(jì)使用前應(yīng)該校零，即將兩彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對(duì)拉，選擇兩個(gè)讀數(shù)相同的測(cè)力計(jì)，豎直互拉會(huì)有重力的影響，故B錯(cuò)誤；C．兩個(gè)分力夾角θ不宜過大，也不宜過小，不一定非要是90°，也不用以勾股定理求解合力以驗(yàn)證平行四邊形定則，故C錯(cuò)誤； D．本實(shí)驗(yàn)是通過在白紙上作力的圖示來(lái)驗(yàn)證平行四邊形定則，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行，拉力方向應(yīng)與木板平面平行，否則，作出的是拉力在紙面上的分力，誤差較大，為了減小作圖時(shí)畫線的誤差，拉力應(yīng)適當(dāng)大一些，故D正確。故選AD。（3）[3] 彈簧測(cè)力計(jì)a的分度值為0.1N，需要估讀到0.01N，所以示數(shù)為5.80N。[4][5]由題意，根據(jù)幾何關(guān)系可知，彈簧測(cè)力計(jì)a、b對(duì)O的拉力Fa、Fb以及Q對(duì)O的拉力G組成的矢量三角形內(nèi)接于圓內(nèi)，如圖所示 可知在彈簧測(cè)力計(jì)a、b均繞O點(diǎn)順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)直到彈簧測(cè)力計(jì)a方向水平的過程中，彈簧測(cè)力計(jì)a示數(shù)變小，彈簧測(cè)力計(jì)b的示數(shù)會(huì)變大。【典例4】（2022·福建省漳平第一中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）如圖為“探究互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，三個(gè)細(xì)線套、、，共系于一個(gè)結(jié)點(diǎn)，另一端分別系于輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì)A、B和重物M上，A掛于固定點(diǎn)P。手持B拉動(dòng)細(xì)線，使結(jié)點(diǎn)靜止于O點(diǎn)。（1）某次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)A的指針位置如圖甲所示，其讀數(shù)為___________N。（2）圖乙中的F與兩力中，方向和細(xì)線PO方向相同的是___________（選填“F”或“”）。（3）本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是___________（填字母序號(hào)）A．理想實(shí)驗(yàn)法          B．等效替代法             C．控制變量法             D．建立物理模型法【答案】               B【解析】（1）[1]由圖示彈簧測(cè)力計(jì)可知，其分度值為，再估讀到最小刻度的下一位，則彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為（2）[2]如圖乙所示，F是通過平行四邊形定則做出來(lái)的合力的圖示，是用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí)拉力的圖示，所以后者方向與細(xì)繩PO方向相同。（3）[3]本實(shí)驗(yàn)通過使兩個(gè)互成角度的力共同作用時(shí)的效果與另一個(gè)力單獨(dú)作用時(shí)的效果相同研究這兩個(gè)互成角度的力與另一個(gè)力的關(guān)系，故采用的科學(xué)方法是等效替代，故ACD錯(cuò)誤，B正確。故選B。【典例5】（2020·吉林·長(zhǎng)嶺縣第二中學(xué)高三階段練習(xí)）某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖。（1）如果沒有操作失誤，圖乙中的F與兩力中，方向一定沿AO方向的是___________。（2）本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是___________（填正確答案標(biāo)號(hào)）。A．理想實(shí)驗(yàn)法                                        B．等效替代法C．控制變量法                                        D．建立物理模型法（3）下列說(shuō)法正確的是___________（填正確答案標(biāo)號(hào)）。A．拉橡皮條的繩細(xì)一些且長(zhǎng)一些B．拉橡皮條時(shí)，彈簧秤、橡皮條、細(xì)繩應(yīng)靠近木板且與木板面平行C．同一次驗(yàn)證過程中O點(diǎn)位置應(yīng)相同D．拉力F1和F2的夾角應(yīng)該較小（4）由于實(shí)驗(yàn)室沒有細(xì)繩，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖甲中的OB和OC可以用橡皮條代替嗎？___________。（選填“可以”或“不可以”）【答案】     F     B     ABC     可以【解析】（1）[1]圖乙中的F與中，是由平行四邊形得出的，而F是通過實(shí)驗(yàn)方法得出的，所以其方向一定與橡皮筋的方向相同，即一定與AO共線的是F。（2）[2]本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是等效替代法，即一個(gè)力單獨(dú)作用效果和兩個(gè)力共同作用效果相同。故選B。（3）[3]A．拉橡皮條的繩要細(xì)一些且長(zhǎng)一些，以便記錄拉力的方向，故A正確；B．拉橡皮條時(shí)，彈簧秤、橡皮條、細(xì)繩應(yīng)靠近木板且保證與木板平面平行，故B正確；C．同一次驗(yàn)證過程中O點(diǎn)位置應(yīng)相同，以保證等效性，故C正確；D．拉力F1和F2的夾角應(yīng)該大小適當(dāng)，故D錯(cuò)誤。故選ABC。（4） [4]在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖甲中的OB和OC可以用橡皮條代替；理由：因?yàn)?/span>OB和OC的作用是確定兩個(gè)力的方向。【典例6】(2022·廣東梅州市高三模擬)某學(xué)生學(xué)習(xí)小組在課外做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)．(1)該實(shí)驗(yàn)需要用到如圖甲所示的彈簧測(cè)力計(jì)，并用對(duì)拉的方法來(lái)選擇兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)．有兩種選擇方案，方案一：兩彈簧測(cè)力計(jì)豎直懸掛在鐵架臺(tái)上對(duì)拉，方案二：兩彈簧測(cè)力計(jì)置于盡量光滑的水平桌面對(duì)拉，下列說(shuō)法正確的是________．A．彈簧測(cè)力計(jì)使用前必須進(jìn)行調(diào)零B．對(duì)拉的兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的量程需一致C．若方案一的兩彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)相等，則可正常使用D．若方案二的兩彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)相等，則可正常使用(2)該學(xué)習(xí)小組使用的彈簧測(cè)力計(jì)量程為5.00 N，將橡皮條一端固定，先用兩只彈簧測(cè)力計(jì)將橡皮條另一端拉到某一位置，標(biāo)記為O點(diǎn)、緊靠細(xì)繩標(biāo)記A、B兩點(diǎn)及記錄彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)；然后用一只彈簧測(cè)力計(jì)將其拉至O點(diǎn)，緊靠細(xì)繩標(biāo)記C點(diǎn)及記錄彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)，該小組完成的某次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在圖乙中．①為“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”，請(qǐng)按實(shí)驗(yàn)要求在圖乙中完成作圖；②結(jié)合圖乙，分析實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果，請(qǐng)至少給出一個(gè)方案以減少該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差：________________________________________________________________________.【答案】(1)AD　(2)①見解析圖　②適當(dāng)增大兩細(xì)繩間的夾角或增大A、B兩點(diǎn)到O點(diǎn)的距離【解析】(1)對(duì)拉彈簧測(cè)力計(jì)是為了校準(zhǔn)兩彈簧測(cè)力計(jì)，但是在校準(zhǔn)前必須要調(diào)零，然后在水平面上對(duì)拉兩彈簧測(cè)力計(jì)，若其讀數(shù)相等，則可正常使用，豎直方向上對(duì)拉時(shí)應(yīng)考慮彈簧測(cè)力計(jì)自身重力的影響，并且與彈簧測(cè)力計(jì)的量程無(wú)關(guān)，所以A、D正確，B、C錯(cuò)誤．(2)①如圖所示②適當(dāng)增大兩細(xì)繩間的夾角或增大A、B兩點(diǎn)到O點(diǎn)的距離．