高考物理系統(tǒng)性復習 (考點分析) 第五節(jié) 實驗：探究力的合成規(guī)律（附解析）

【考點分析】第五節(jié)實驗：探究力的合成規(guī)律【考點一】對實驗原理和操作的考查【典型例題1】(2021·江西月考)某同學用如圖甲所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”。彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M，彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結點O靜止在某位置。分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，井在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向。(1)下列的實驗要求中不必要是______A．細線AO與BO之間的夾角應盡可能大于B．改變拉力的大小與方向，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置C．細線應盡可能長一些D．應測量重物M所受的重力(2)圖乙的示數(shù)為______N；(3)圖丙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的力的圖示，下列說法正確的是_______。A．圖中的是力和合力的理論值B．圖中的F是力和合力的理論值C．F是力和合力的實際測量值D．本實驗將細繩都換成橡皮條，同樣能達到實驗目的【解析】(1)[1]A．細線AO與BO之間的夾角適當大一點，不一定需要大于90°，A錯誤；B．當結點O位置確定時，彈簧測力計A的示數(shù)也確定，由于重物的重力已確定，兩力大小與方向均一定，因此彈簧測力計B的大小與方向也一定，所以不需要改變拉力多次實驗，B錯誤。C．細線應盡可能長一些，能更加準確的記錄力的方向，C正確；D．實驗通過做出三個力的圖示，來驗證“力的平行四邊形定則”，因此重物的重力必須要知道，D正確。故選AB。(2)[2]彈簧測力計讀數(shù)，每1N被分成10格，則1格就等于0.1N．圖指針落在3N到4N的第8格處，所以3.80

N。(3)[3]ABC．F1與F2的合力的實際值測量值等于下面懸掛重物的重力大小，方向與重力方向相反；而理論值是通過平行四邊形定則得到的值。所以F是F1和F2的合力的實際值，F(xiàn)′是F1和F2的合力的測量值，B錯誤，AC正確；D．本實驗將細繩都換成橡皮條，同樣能達到實驗目的，D正確。故選ACD?！敬鸢浮緼B3.80ACD【歸納總結】1．相關原理：一個力F′的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一位置，所以力F′就是這兩個力F1和F2的合力，作出力F′的圖示．再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，比較F和F′的大小和方向是否相同，若相同，則說明互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則．2．注意事項(1)同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調零后互鉤對拉，讀數(shù)相同．(2)在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結點O位置一定要相同．(3)用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之間為宜．(4)實驗時彈簧測力計應與木板平行，讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些．(5)細繩套應適當長一些，便于確定力的方向．不要直接沿細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點，去掉細繩套后，再將所標點與O點連接，即可確定力的方向．(6)在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些．【考點二】對實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析的考查【典型例題2】(2021·河北專題練習)為驗證力的平行四邊形定則，某同學準備了以下器材：支架，彈簧，直尺，量角器坐標紙，細線，定滑輪(位置可調)兩個，鉤碼若干。支架帶有游標尺和主尺，游標尺(帶可滑動的指針)固定在底座上，主尺可升降，如圖1所示。實驗步驟如下：(1)儀器調零。如圖1，將已測量好的勁度系數(shù)k為5.00N/m的彈簧懸掛在支架上，在彈簀掛鉤上用細線懸掛小鉤碼做為鉛垂線，調節(jié)支架豎直。調整主尺高度，使主尺與游標尺的零刻度對齊?；瑒又羔槪瑢R掛鉤上的O點，固定指針。(2)搭建的實驗裝置示意圖如圖2.鉤碼組mA=40g，鉤碼組mB=30g，調整定滑輪位置和支架的主尺高度，使彈簧豎直且讓掛鉤上O點重新對準指針。實驗中保持定滑輪、彈簧和鉛垂線共面。此時測得=36.9°，=53.1°，由圖3可讀出游標卡尺示數(shù)為___________cm，由此計算出彈簧拉力的增加量F=___________N。當?shù)刂亓铀俣萭為9.80m/s2。(3)請將第(2)步中的實驗數(shù)據(jù)用力的圖示的方法在圖框中做出，用平行四邊形定則做出合力F′________。(4)依次改變兩鉤碼質量，重復以上步驟，比較F′和F的大小和方向，得出結論。實驗中鉛垂線上小鉤碼的重力對實驗結果___________(填寫“有”或“無”)影響?！窘馕觥?2)[1]游標卡尺精度為，讀數(shù)為[2]則彈簧拉力的增量為。(3)[3]根據(jù)題意可知繩產生的拉力為，繩產生的拉力為，力的合成如圖(4)[4]在求解合力的過程中，求解的是彈簧彈力的變化量，所以小鉤碼的重力對實驗結果無影響。【答案】9.780.489無【歸納總結】1．數(shù)據(jù)處理(1)用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示．(2)用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出實驗步驟4中彈簧測力計的拉力F′的圖示．(3)比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則．2．誤差分析(1)彈簧測力計本身的誤差．(2)讀數(shù)誤差和作圖誤差．(3)兩分力F1、F2間的夾角θ越大，用平行四邊形定則作圖得出的合力F的誤差ΔF也越大．【考點三】含有傳感器等替代彈簧的實驗研究【典型例題3】一同學用電子秤、水壺、細線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品，在家中驗證力的平行四邊形定則。甲乙丙(1)如圖甲，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺________時電子秤的示數(shù)F。(2)如圖乙，將三細線L1、L2、L3的一端打結，另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺帶上。水平拉開細線L1，在白紙上記下結點O的位置、____________和電子秤的示數(shù)F1。(3)如圖丙，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平線上，并將L1拴在其上。手握電子秤沿著(2)中L2的方向拉開細線L2，使________和三根細線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2。(4)在白紙上按一定標度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示，根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若________，則平行四邊形定則得到驗證?！窘馕觥?1)要測量裝滿水的水壺的重力，需記下水壺靜止時電子秤的示數(shù)F。(2)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結點O的位置的同時，也要記錄三細線的方向以及電子秤的示數(shù)F1。(3)已經記錄了一個分力的大小，還要記錄另一個分力的大小，則結點O位置不能變化，力的方向也不能變化，所以應使結點O的位置和三根細線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2。(4)根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若F和F′在誤差允許的范圍內重合，則平行四邊形定則得到驗證?！敬鸢浮?1)靜止(2)三細線的方向(3)結點O的位置(4)F和F′在誤差允許的范圍內重合【歸納總結】(1)用橡皮筋eq\o(→,\s\up7(替代))彈簧秤：三個相同的橡皮筋，可將三個橡皮筋系于一點，互成角度地將它們拉長，記下各自的拉力方向，伸長后的長度，并測出原長，根據(jù)伸長量確定三個拉力的大小關系，再結合力的圖示作圖驗證平行四邊形定則．(2)使用力傳感器：用力傳感器確定各力的大小，同時確定細繩中拉力的方向，再結合力的圖示作圖驗證平行四邊形定則．(3)鉤碼eq\o(→,\s\up7(替代))彈簧秤．【考點四】力的平行四邊形定則的創(chuàng)新實驗【典型例題4】(2021·河北省邯鄲市)某同學利用如圖所示的器材驗證“力的平行四邊形定則”：在傾斜桌面上平鋪一張白紙，在桌子邊緣安裝三個光滑的滑輪，其中，滑輪P1固定在桌子邊，滑輪P2、P3可沿桌邊移動。將繩子打一個結點O，每個鉤碼的重量相等，當系統(tǒng)達到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力FT1、FT2和FT3，回答下列問題：(1)在實驗中，若一根繩子掛的鉤碼質量為m，另一根繩子掛的鉤碼質量為2m，則第三根繩子所掛的鉤碼質量M應滿足關系：_________。(2)在拆下鉤碼和繩子前，最必要的一個步驟是_______。A．標記結點O的位置，并記錄三段繩子的方向B．量出三段繩子的長度C．用量角器量出三段繩子之間的夾角D．用天平測出鉤碼的質量(3)若改變桌面的傾斜角度，_______(填“會”或