2021高考物理（选择性考试）人教版一轮规范演练：9 探究两个互成角度的力的合成规律

2021高考物理（选择性考试）人教版一轮规范演练：9 探究两个互成角度的力的合成规律

www.ks5u.com 规范演练9　探究两个互成角度的力的合成规律 ‎1.（2019·湖南醴陵二中月考）在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学进行实验的主要步骤是：‎ ‎①如图甲所示，将橡皮筋的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计.‎ ‎②沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，读取此时弹簧测力计的示数，分别记录两个拉力F1、F2的大小.用笔在两绳的拉力方向上分别标记a、b两点，并分别将其与O点连接，表示两力的方向.‎ ‎③再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录其拉力F的大小并用上述方法记录其方向.‎ ‎　　　　　 　 甲　　　　 乙 完成下列填空：‎ ‎（1）用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，这样做的目的是__________________________________________________‎ ‎______________________________________________________.‎ ‎（2）实验中利用图中标记的O点和b点确定分力方向时，图甲中的b点标记得不妥，其原因是_______________________________‎ ‎______________________________________________________.‎ ‎（3）图乙是根据实验数据作出的力的图示，其中　　　　（选填 ‎“F”或“F′”）是F1和F2合力的实际测量值.‎ 解析：（1）两次保证O点在同一位置，目的是保证F1、F2共同作用效果与F相同；‎ ‎（2）标记方向时，应取距离较远的两点，故b点标记得不妥的原因是Ob两点距离太近；‎ ‎（3）平行四边形的对角线一定是理论值，与AO共线的一定是实际测量值.‎ 答案：（1）保证F1、F2共同作用效果与F相同　（2）Ob两点距离太近　（3）F ‎2.（2019·丹东一模）某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”.弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置.分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板上的白纸上记录O点的位置和细线的方向.‎ ‎（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为 ‎　　　　N.‎ ‎（2）下列不必要的实验要求是　　　　（请填写选项前对应的字母）.‎ A.应测量重物M所受的重力 B.弹簧测力计应在使用前调零 C.细线方向应与木板平面平行 D.改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 ‎（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，在保证现有器材不变的情况下怎样调整水平拉B的力？_______‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________.‎ 解析：（1）弹簧测力计的最小分度为0.2 N，故读数为3.6 N；‎ ‎（2）本实验是利用共点力的平衡验证平行四边形定则，实验中必须知道O点所受的各个力的大小和方向，A是必需的；对于弹簧测力计的使用来讲，BC是必需的；实验中只要三力平衡即可，O点的位置没有特别要求，D不必要.‎ ‎（3）只要使A的示数减小就行，说法合理即可.‎ 答案：（1）3.6　（2）D　（3）减小拉B的力、减小OB与OA间的夹角（二者答一即可）‎ ‎3.（2019·烟台一模）某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，将橡皮筋改为劲度系数为400 N/m的轻质弹簧AA′，将弹簧的一端A′固定在竖直墙面上.不可伸长的细线OA、OB、OC，分别固定在弹簧的A端和弹簧测力计甲、乙的挂钩上，其中O为OA、OB、OC三段细线的结点，如图1所示.在实验过程中，保持弹簧AA′伸长1.00 cm不变.‎ ‎　　　　　 图1　　　　　图2‎ ‎（1）若OA、OC间夹角为90°，弹簧测力计乙的读数是　　　　N（如图2所示），则弹簧测力计甲的读数应为　　　　N.‎ ‎（2）在（1）问中若保持OA与OB的夹角不变，逐渐增大OA 与OC的夹角，则弹簧测力计甲的读数大小将　　　　，弹簧测力计乙的读数大小将　　　　.‎ 解析：（1）弹簧测力计的最小分度为0.1 N，故应估读一位，读数为3.00 N；轻质弹簧AA′上的拉力FA＝kx＝4.00 N，弹簧测力计乙的读数为F乙＝3.00 N，根据受力平衡知弹簧测力计甲的读数F甲＝5.00 N.‎ ‎（2）弹簧测力计甲与弹簧测力计乙拉力的合力与轻弹簧上的拉力等大反向，根据图解法（如图）可知，弹簧测力计甲的读数一直变小，弹簧测力计乙的读数大小先变小后变大.‎ 答案：（1）3.00　5.00　（2）一直变小　先变小后变大 ‎4.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则.‎ 实验步骤：‎ ‎①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向.‎ ‎　　　‎ ‎　　　　 图甲　　　　　　　图乙 ‎②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F ‎，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）.每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：‎ F/N ‎0‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ l/cm l0‎ ‎10.97‎ ‎12.02‎ ‎13.00‎ ‎13.98‎ ‎15.05‎ ‎③找出②中F＝2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′.‎ ‎④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示.用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.‎ 完成下列作图和填空：‎ ‎（1）利用表中数据在图丙中画出F-l图线，根据图线求得l0＝‎ ‎　　　　cm.‎ 图丙 图丁 ‎（2）测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则FOA的大小为 ‎　　　　N.‎ ‎（3）根据给出的标度，在图丁中作出FOA和FOB的合力F′的图示.‎ ‎（4）通过比较F′与　　　　的大小和方向，即可得出实验结论.‎ 解析：（1）在坐标系中描点，用平滑的曲线（直线）将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧.如图甲所示，由图线可知与横轴的交点l0＝10.0 cm.‎ 图甲 图乙 ‎（2）橡皮筋的长度l＝OA＋OB＝13.60 cm，由图甲可得F＝1.80 N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80 N.‎ ‎（3）利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边的平行四边形，对角线即为合力F′，如图乙.‎ ‎（4）FO O′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F′和FO O′的大小和方向，即可得出实验结论.‎ 答案：（1）如图甲所示　10.0（9.8、9.9、10.1均正确）‎ ‎（2）1.80（1.70～1.90均正确）　（3）如图乙所示　（4）FO O′‎ ‎5.（2019·天津和平区二模）某同学用如图所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”.弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M，弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置.‎ ‎（1）为了完成实验，需要记录下来的是结点O的位置以及弹簧测力计中力的大小和方向，如果作图得到的合力方向近似在　　　方向上，且大小近似等于　　　　，则平行四边形定则得以验证.‎ ‎（2）下列不必要的实验要求是　　　　.‎ A.木板平面要保持竖直 B.两个弹簧测力计必须完全相同 C.拉线方向应与木板平面平行 D.改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 ‎（3）某次实验中，该同学使弹簧测力计B处于水平方向，发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，为了能够完成实验，他可以　　　　.‎ A.换用质量更轻的重物 B.保持弹簧测力计B的拉力方向不变，减小其拉力 C.保持弹簧测力计B的拉力大小不变，将其顺时针旋转一个小角度 D.保持弹簧测力计B的拉力大小不变，将其逆时针旋转一个小角度 解析：（1）由实验的原理可知，需要验证A、B 弹簧测力计的合力大小与物体的重力大小相等，方向相反，所以需要作图得到的合力方向近似在竖直向上的方向上，且大小近似等于重物M的重力，则平行四边形定则得以验证.‎ ‎（2）实验通过作出三个力的图示，来验证“力的平行四边形定则”，因此需要每个力的方向都在竖直方向的平面内，所以木板平面要保持竖直，故选项A正确；弹簧测力计的作用是测出力的大小，所以两个弹簧测力计不一定必须完全相同，故选项B不必要；拉线方向必须与木板平面平行，这样才能确保力的准确性，故选项C正确；只要每次实验两弹簧测力计拉力的合力近似与重物M的重力等大反向，平行四边形定则即得到验证，不必要每次都使O点静止在同一位置，故选项D不必要.‎ ‎（3）当弹簧测力计A超出其量程，则说明与弹簧测力计B和重物相连的两根细线的拉力的合力已偏大，欲减小合力的大小，可以保持两个力的方向不变（两力相互垂直）减小其中一个力的大小，也可以保持两个力的大小不变增大两力的夹角，故选项A、B、C可行，选项D不可行.‎ 答案：（1）竖直　重物M的重力　（2）BD　（3）ABC ‎6.（2019·玉溪二模）某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材做“探究求合力的方法”的实验，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2，主要实验步骤如下：‎ Ⅰ.弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点处，记下弹簧测力计的示数F.‎ Ⅱ.弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，记下弹簧测力计的示数F1.‎ Ⅲ.根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1′＝①Ｗ.‎ Ⅳ.比较②即可初步验证.‎ Ⅴ.只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤.‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）完成实验步骤中①　　　　　　；②　　　　　　.‎ ‎（2）将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向，同时绳套2由120°方向缓慢转动到180°方向，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，保持绳套1和绳套2的夹角120°不变，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是　　　　　.（填选项前的字母）‎ A.逐渐增大　 B.先增大后减小 C.逐渐减小 D.先减小后增大 解析：（1）根据平行四边形定则计算绳套1的拉力F′1＝Ftan 30°＝F，通过比较F1和F′1，在误差允许的范围内相同，则可初步验证.‎ ‎2（2）两个绳套在转动过程中，合力保持不变，根据平行四边形定则画出关系图象，如图所示.‎ 由此可知，绳套1的拉力大小逐渐增大，选项A正确.‎ 答案：（1）①F　②F′1和F1　（2）A