专项01 探究合力与分力的关系 解析版.docx

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专项01探究合力与分力的关系解析版

2021届高考物理实验专项突破--探究合力与分力的关系

1．（2021·北京丰台区·高三一模）在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，桌上放一块方木板，用图钉把一张白纸钉在方木板上。

再用图钉把橡皮条一端固定在板上的A点。

在橡皮条另一端拄上两条细绳形成结点，细绳的另一端系着绳套。

先用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条；再用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条。

（1）判断力F单独作用与力F1、F2共同作用效果相同的依据是___________

A．F的大小等于F1与F2的大小之和

B．使橡皮条伸长相同的长度

C．使橡皮条上的结点到达同一位置

（2）实验中需要标记或者记录的信息有___________

A．橡皮条的原长

B．橡皮条原长时结点的位置

C．力F的大小和方向

D．力F1、F2的大小和方向

（3）下列措施可以减小实验误差的是___________

A．橡皮条应与两绳套夹角的平分线在同一直线上

B．用两个弹簧测力计拉橡皮条时，两个绳套的夹角必须等于90°

C．用两个弹簧测力计拉橡皮条时，弹簧测力计尽量与木板平行

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】CCDCD

【详解】

（1）[1]判断力F单独作用与力F1、F2共同作用效果相同的依据是使橡皮条上的结点到达同一位置，表示力的大小与方向都是相同的，选项C正确；

（2）[2]实验中需要标记或者记录的信息有力F的大小和方向及力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，选项CD正确；

（3）[3]C．可以减小实验误差的是用两个弹簧测力计拉橡皮条时，弹簧测力计尽量与木板平行，选项C正确；

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，以便于标出拉力的方向来，选项D正确；

A．而橡皮条不一定要与两绳套夹角的平分线在同一直线上，选项A错误；

B．用两个弹簧测力计拉橡皮条时，两个绳套的夹角不必要等于90°，选项B错误。

故选CD。

2．（2021·浙江衢州市·高三二模）

（1）图1中，“探究求合力的方法”、“研究平抛运动”两实验均需使用的器材是_______（填写器材名称）

（2）在“探究求合力的方法”实验中，通过对拉的方法来选择两个弹簧秤，方案一∶两弹簧秤竖直悬挂在铁架台上对拉（图2），方案二∶两弹簧秤置于水平桌面对拉（如图3），下列说法正确的是_________（多选）

A．弹簧秤使用前必须进行调零

B．实验时，两个弹簧秤的量程需一致

C．若方案一的两弹簧秤读数相等，则可正常使用

D．若方案二的两弹簧秤读数相等，则可正常使用

（3）在“探究求合力的方法”的实验中，某实验小组使用的弹簧秤量程为5.00N，将橡皮条一端固定，先用两只弹簧秤将橡皮条另一端拉到某一位置，标记为O点，紧靠细绳标记A、B两点，并记录弹簧秤读数∶然后用一只弹簧秤将其拉至O点，标记紧靠细绳的C点，并记录弹簧秤读数，该小组完成的部分实验数据记录在图4中。

①按实验要求完成作图；（____）

②结合图4，分析实验过程与结果，下列措施对减小实验误差有益的是____________（多选）

A．适当增加橡皮筋的原长

B．适当增大两细绳的夹角

C．增大A、B两点到O点的距离

D．增大弹簧秤的拉力

【答案】刻度尺AD见解析BC

【详解】

（1）[1]“探究求合力的方法”中，需要使用刻度尺做力的图示，“研究平抛运动”的实验中，需要使用刻度尺测量物体的位移，即两个实验中都要使用刻度尺；

（2）[2]弹簧秤在使用前必须进行调零；实验中使用的两个弹簧秤，其量程可以不同；方案一中竖直悬挂时，上面的弹簧由于自身重力作用而弹力偏大，下面的弹簧由于自身重力作用而弹力偏小，若两弹簧秤读数相等，则水平测量拉力时读数必然不同，所以不能使用；若方案二的两弹簧秤读数相等，则可正常使用；故选AD。

（3）[3]作图如下：

（3）[4]增加橡皮筋的原长对实验没有影响；图中两分力的夹角较小，根据平行四边形的特点，适当增大两细绳的夹角，可以使作图更精确，从而减小实验误差；绳子的作用是显示出力的方向，增大A、B两点到O点的距离，可以提高分力方向的精确度，从而减小实验误差；弹簧秤的量程为5.00N，图中合力已经达到了4.80N，所以不能再增大弹簧秤的拉力；故选BC。

3．（2021·辽宁铁岭市·高三一模）根据“验证力的平行四边形定则”的实验解决下面的问题

（1）本实验采用的科学方法是_______（填正确答案标号）。

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）图中弹簧秤读数为________N。

（3）某同学的实验结果如图所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置。

图中_______是力与合力的理论值；_______是力与的合力的实验值（填“F”或“”）。

【答案】BF

【详解】

（1）[1]两个力的作用效果和一个力的作用效果相同，所以本实验采用的是等效替代法

故选B。

（2）[2]弹簧秤读数为2.50N（2.49-2.51N也对）

（3）[3]F1与F2合成的理论值是通过平行四边定则算出的值，故为F。

[4]F1与F2合成的实际值是单独一个力拉O点时的值，与AO共线，故为。

4．（2021·浙江高三其他模拟）如图所示，某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则，他找到三根完全相同的橡皮条（遵循胡克定律），三角板，刻度尺，白纸，方木板，几枚图钉，细绳，并设计了如下实验。

（1）将三根橡皮条两端各拴接一根相同的细绳，用刻度尺测出橡皮条的原长，记为。

（2）将三根橡皮条一端的细绳拴在同一结点上，另一端的细绳分别拴在三个图钉上。

（3）将白纸固定在方木板上，互成角度地拉伸三根橡皮条，并在白纸上分别固定三枚图钉，如图所示。

记下结点位置和___________，分别测出三根橡皮条的长度，记为、、则三根橡皮条的拉力大小之比为___________。

（4）取下器材，用铅笔和刻度尺从点沿着三根橡皮条的方向画直线，按照一定的标度作出三根橡皮条对结点的拉力、、的图示，用平行四边形定则求出、的合力。

改变三枚图钉的位置重复实验。

（5）若测量发现与在同一直线上，大小接近相等，则实验结论为___________。

本实验采用的科学方法是___________（填“理想实验法”或“等效替代法”）。

【答案】三根橡皮条伸长的方向在实验误差允许的范围内，力的合成遵循力的平行四边形定则等效替代法

【详解】

（1）[1]要作出力的图示，需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点的位置的同时，也要记录三根橡皮条伸长的方向；

[2]三根橡皮条的拉力大小之比等于三根橡皮条的伸长量之比，即为

（5）[3]结点受三个力的作用处于平衡状态，所受合力为零，则实验结论为在实验误差允许的范围内，力的合成遵循力的平行四边形定则；

[4]在“验证力的平行四边形定则”实验中，运用了合力的作用效果和分力的作用效果相同这一原理进行实验，故采用了等效替代法。

5．（2021·浙江高三其他模拟）在“探究求合力的方法”的实验中，小明和小刚用了两个量程为、最小刻度为的弹簧测力计来测量拉力。

实验之前他们先对弹簧测力计进行了调零，然后进行实验步骤：

a。

将橡皮条的一端固定在水平放置的木板上，b。

用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置，记录下点的位置和拉力、的大小，c。

然后用一个弹簧测力计拉橡皮条，仍将结点拉到点，再记录拉力的大小及方向，d。

然后取下白纸作图，研究合力与分力的关系。

①弹簧测力计使用前进行调零，应采取的方式是___________（填“甲”或“乙”）；

②实验过程中有一处有错误或遗漏，请指出并改正___________；

③在实验之余，小明和小刚把两弹簧测力计竖直对挂并拉伸（在弹性限度内）来研究作用力和反作用力的关系，发现上面弹簧测力计的读数大于下面弹簧测力计的读数，倒置后也是上面的读数大于下面的，产生这种现象的原因是___________。

【答案】甲步骤b有遗漏，应该记录，的大小和方向弹簧测力计竖直时由于弹簧自身重力的影响

【详解】①[1]实验过程中弹簧测力计是水平拉伸的，因此调零时也要水平，故选甲。

②[2]应该记录、的大小和方向。

③[3]弹簧测力计竖直时由于弹簧自身重力的影响，上、下两个弹簧测力计读数会不一样。

6．（2021·山东高三专题练习）某同学利用三个完全相同的弹簧测力计进行验证力的平行四边形定则实验，将弹簧测力计丙固定在水平面上，然后将弹簧测力计甲、乙挂在细绳套上。

（1）某次实验时，弹簧测力计甲、乙沿水平方向将结点拉至图中的点，弹簧测力计甲和丙垂直，弹簧测力计甲和乙的夹角为120°，弹簧测力计甲、乙的读数分别为、，弹簧测力计丙的示数如图所示，则弹黄测力计丙的读数为___________。

（2）在进行数据处理时，发现某次实验甲、丙合力方向与乙的拉力方向接近共线，但乙的示数大于甲、丙合力的大小，造成这种现象的原因可能是___________。

（3）操作时用刻度尺测出弹簧测力计乙刻度线到零刻度线的距离为，则弹簧测力计乙中弹簧的劲度系数为___________。

（结果保留整数）

【答案】3.5可能乙与甲、丙不在同一平面内（合理即可）50

【详解】

（1）[1]由弹簧测力计的读数规则和力的合成规则可知，弹簧测力计丙的读数为。

（2）[2]甲、丙合力方向和乙的拉力方向接近共线，大小不同，点静止，乙的示数大于甲、丙合力大小，说明乙的拉力可能在竖直方向存在分力，可能乙与甲、丙不在同一平面内。

（3）[3]弹簧测力计乙的刻度线到0刻度线的距离为，则说明弹簧测力计乙的伸长量为，则弹簧测力计乙中弹簧的劲度系数为

7．（2021·辽宁鞍山市·鞍山一中高三其他模拟）做“验证力的平行四边形定则”实验，在圆形透明桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，如图所示，其中滑轮固定在桌子边，滑轮、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，并使结点静止；

B．在白纸上描下点的位置和三根绳子的方向，以点为起点，作出三个拉力的图示；

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

（1）这次实验中，若一根绳挂的钩码质量为，另一根绳挂的钩码质量为，则第三根绳挂的钩码质量大小的范围是___________（用含、的不等式表示）；

（2）第二次实验时，改变滑轮、的位置和相应绳上钩码的数量，使结点平衡，绳的结点___________（填“必须”或“不必”）与第一次实验中白纸上描下的点重合；

（3）实验中，若桌面不水平，___________（选填“会”或“不会”）影响实验的结论；绳与滑轮的摩擦对实验结果___________（选填“有”或“没有”）影响。

【答案】不必不会有

【详解】

（1）[1]若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则两绳子的拉力分别为mg、2mg，两绳子的拉力的合力F的范围是

2mg-mg≤F≤mg＋2mg

即

mg≤F≤3mg

三力的合力为零，则第三根绳挂的钩码质量在m~3m之间，即第三根绳挂的钩码质量

（2）[2]本实验不是先用一根绳拉结点，然后用两根绳去拉结点，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O点，所以O点的位置可以改变；

（3）[3][4]若桌面不水平，绳子的拉力仍等于下挂砝码的重力，不会影响实验的结论；若某一滑轮与绳间存在较大摩擦力，则绳的拉力不再等于钩码重力，对实验结论会有影响。

8．（2021·湖南长沙市·长郡中学高