2025年高考物理復(fù)習(xí)三：探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律（含解析）

PAGE實(shí)驗(yàn)搶分專(zhuān)練(三)探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律(40分鐘50分)1.(8分)(2022·浙江6月選考)“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,在該實(shí)驗(yàn)中,(1)下列說(shuō)法正確的是______;

A.拉著細(xì)繩套的兩支彈簧測(cè)力計(jì),穩(wěn)定后讀數(shù)應(yīng)相同B.在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下,確定一個(gè)拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)C.測(cè)量時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)外殼與木板之間不能存在摩擦D.測(cè)量時(shí),橡皮條、細(xì)繩和彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)貼近并平行于木板(2)若只有一支彈簧測(cè)力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn)至少需要__________(選填“2”“3”或“4”)次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)。

2.(8分)(2024·佛山模擬)“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。圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的圖。(1)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是________。

A.理想實(shí)驗(yàn)法 B.等效替代法C.微小量放大法 D.控制變量法(2)本實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)滿足的要求是________(填入相應(yīng)的字母)。

A.兩根細(xì)繩必須等長(zhǎng)B.在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),兩拉力的夾角應(yīng)該較小C.在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)必須相等D.在使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)要注意使彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行E.在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),必須將橡皮筋的另一端拉到用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)記下的位置(3)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N,甲圖中左側(cè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為_(kāi)_______N。

(4)圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的圖。在F與F'兩力中,方向一定沿AO方向的是________。

(5)由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有細(xì)繩,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),圖甲中的OB和OC________(選填“可以”或“不可以”)用橡皮筋代替。

3.(8分)某同學(xué)在家中找到兩根一樣的輕彈簧P和Q、裝有水總質(zhì)量m=1kg的礦泉水瓶、刻度尺、量角器和細(xì)繩等器材,設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則,同時(shí)測(cè)出彈簧的勁度系數(shù)k。其操作如下:(1)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)測(cè)出彈簧的勁度系數(shù)k:a.將彈簧P上端固定,讓其自然下垂,用刻度尺測(cè)出此時(shí)彈簧P的長(zhǎng)度L0=12.50cm;b.將礦泉水瓶通過(guò)細(xì)繩連接在彈簧P下端,待礦泉水瓶靜止后用刻度尺測(cè)出此時(shí)彈簧P的長(zhǎng)度L1,如圖甲所示,則L1=________cm;

c.重力加速度g取10m/s2,則彈簧P的勁度系數(shù)k=______________N/m;

(2)該同學(xué)繼續(xù)采用圖乙方案驗(yàn)證力的平行四邊形定則,穩(wěn)定時(shí)彈簧P與彈簧Q剛好垂直,測(cè)出P、Q兩彈簧的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)2、L3,在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),當(dāng)L0、L1、L2、L3的大小滿足______________(用含有L0、L1、L2、L3符號(hào)的表達(dá)式表示),可驗(yàn)證力的合成滿足平行四邊形定則。

4.(8分)某興趣小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”。提供的實(shí)驗(yàn)器材有:兩根完全相同的輕彈簧、手機(jī)、1個(gè)100g鉤碼、不計(jì)質(zhì)量的細(xì)線、重力為G的重物、刻度尺。重力加速度g=9.8m/s2,主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)如圖甲所示,用輕彈簧豎直掛起1個(gè)100g鉤碼時(shí),測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)量為1.00cm,則彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_________。

(2)如圖乙所示,用兩根輕彈簧互成角度地懸掛重物,待穩(wěn)定時(shí)測(cè)出a彈簧的伸長(zhǎng)量為4.00cm,b彈簧的伸長(zhǎng)量為2.00cm,用手機(jī)軟件測(cè)出兩側(cè)細(xì)線與豎直方向的夾角分別為α、β。(3)在白紙上以O(shè)點(diǎn)為力的作用點(diǎn),畫(huà)出OA、OB的拉力方向如圖丙中兩側(cè)虛線所示,請(qǐng)用力的圖示法畫(huà)出兩彈簧的拉力和它們的合力F(已知單位長(zhǎng)度表示的力為0.98N),由作圖結(jié)果可得合力F=__________N(保留兩位小數(shù))。

(4)以O(shè)點(diǎn)為力的作用點(diǎn),按照同一標(biāo)度畫(huà)大小為G、方向與重力方向相反的力F'。比較F與F'的____________,從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。

5.(9分)如圖甲所示,某實(shí)驗(yàn)小組用如下器材驗(yàn)證力的合成遵循平行四邊形定則。先將傳感器A固定,把拴著重物C的橡皮筋掛在傳感器A上,穩(wěn)定后,記錄傳感器A的示數(shù)FA=3.00N,并測(cè)出此時(shí)橡皮筋的長(zhǎng)度為l1=20.00cm。再用一輕繩連接重物C與傳感器B,水平向右拉動(dòng)傳感器B,如圖乙所示,穩(wěn)定后,分別記錄兩傳感器A、B的示數(shù)F'A=5.00N、FB=4.10N,并測(cè)出此時(shí)橡皮筋的長(zhǎng)度為l2=24.00cm。(1)請(qǐng)?jiān)趫D丙中用力的圖示法作出FA、FB的合力F合,通過(guò)對(duì)比F合與F'A的大小和方向驗(yàn)證力的合成是否遵循平行四邊形定則。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出該橡皮筋的勁度系數(shù)k=________N/cm,橡皮筋的原長(zhǎng)l0=________cm。

6.(9分)(2023·全國(guó)乙卷)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有:木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線和圖釘若干。完成下列實(shí)驗(yàn)步驟:①用圖釘將白紙固定在水平木板上。②將橡皮條的一端固定在木板上,另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細(xì)線也系在小圓環(huán)上,它們的另一端均掛上測(cè)力計(jì)。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì),小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小,并________。(多選,填正確答案標(biāo)號(hào))

A.用刻度尺量出橡皮條的長(zhǎng)度B.用刻度尺量出兩細(xì)線的長(zhǎng)度C.用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置D.用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線的方向③撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì),用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到________,由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小,沿細(xì)線標(biāo)記此時(shí)F的方向。

④選擇合適標(biāo)度,由步驟②的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖,得出合力F'的大小和方向;按同一標(biāo)度在白紙上畫(huà)出力F的圖示。⑤比較F'和F的________,從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。

解析版1.(8分)(2022·浙江6月選考)“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,在該實(shí)驗(yàn)中,(1)下列說(shuō)法正確的是______;

A.拉著細(xì)繩套的兩支彈簧測(cè)力計(jì),穩(wěn)定后讀數(shù)應(yīng)相同B.在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下,確定一個(gè)拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)C.測(cè)量時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)外殼與木板之間不能存在摩擦D.測(cè)量時(shí),橡皮條、細(xì)繩和彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)貼近并平行于木板(2)若只有一支彈簧測(cè)力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn)至少需要__________(選填“2”“3”或“4”)次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)。

【解析】(1)在不超出彈簧測(cè)力計(jì)的量程和橡皮條形變限度的條件下,使拉力適當(dāng)大些,不必使兩支彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)相同,故A錯(cuò)誤;在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下,確定一個(gè)拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的一個(gè)點(diǎn)就可以了,故B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中拉彈簧測(cè)力計(jì)時(shí),只需讓彈簧與外殼間沒(méi)有摩擦,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即與彈簧對(duì)細(xì)繩的拉力相等,與彈簧測(cè)力計(jì)外殼與木板之間是否存在摩擦無(wú)關(guān),故C錯(cuò)誤;為了減小實(shí)驗(yàn)中摩擦對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,拉橡皮條時(shí),橡皮條、細(xì)繩和彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)貼近并平行于木板,故D正確。(2)若只有一支彈簧測(cè)力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn),用手拉住一條細(xì)繩,用彈簧測(cè)力計(jì)拉住另一條細(xì)繩,互成角度地拉橡皮條,使其結(jié)點(diǎn)達(dá)到某一點(diǎn)O,記下位置O和彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F1和兩個(gè)拉力的方向;交換彈簧測(cè)力計(jì)和手所拉細(xì)繩的位置,再次將結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn),使兩力的方向與原來(lái)兩力方向相同,并記下此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2;只有一支彈簧測(cè)力計(jì)將結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn),并記下此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F的大小及方向;所以若只有一支彈簧測(cè)力計(jì),為了完成該實(shí)驗(yàn)至少需要3次把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)。答案:(1)D(2)32.(8分)(2024·佛山模擬)“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。圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的圖。(1)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是________。

A.理想實(shí)驗(yàn)法 B.等效替代法C.微小量放大法 D.控制變量法(2)本實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)滿足的要求是________(填入相應(yīng)的字母)。

A.兩根細(xì)繩必須等長(zhǎng)B.在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),兩拉力的夾角應(yīng)該較小C.在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)必須相等D.在使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)要注意使彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行E.在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),必須將橡皮筋的另一端拉到用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)記下的位置(3)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N,甲圖中左側(cè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為_(kāi)_______N。

(4)圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的圖。在F與F'兩力中,方向一定沿AO方向的是________。

(5)由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有細(xì)繩,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),圖甲中的OB和OC________(選填“可以”或“不可以”)用橡皮筋代替。

【解析】(1)根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)原理可知,兩個(gè)力共同作用的效果與一個(gè)力單獨(dú)作用的效果相同,因此該實(shí)驗(yàn)采用了等效替代法,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差方便實(shí)驗(yàn)操作,兩根細(xì)繩應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)些,但不必等長(zhǎng),故A錯(cuò)誤;為減小實(shí)驗(yàn)誤差方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,兩根細(xì)繩夾角應(yīng)適當(dāng),故B錯(cuò)誤;在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)應(yīng)適當(dāng)大些,但不必相等,故C錯(cuò)誤;為減小實(shí)驗(yàn)誤差,在使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)要注意使彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行,故D正確;為保證力的作用效果相同,在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)必須將橡皮筋的另一端拉到用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)記下的位置O,故E正確。(3)由題圖甲彈簧測(cè)力計(jì)可知,其分度值為0.2N,示數(shù)為3.6N。(4)合力的實(shí)測(cè)值與橡皮筋伸長(zhǎng)的方向在同一直線上,由圖乙所示可知,F是兩力合力的理論值,F'是合力的實(shí)測(cè)值,方向一定沿AO方向的是F'。(5)該實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩的作用是掛彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤、確定拉力的方向,因此實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有細(xì)繩,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),圖甲中的OB和OC可以用橡皮筋來(lái)替代。答案:(1)B(2)D、E(3)3.6(4)F'(5)可以3.(8分)某同學(xué)在家中找到兩根一樣的輕彈簧P和Q、裝有水總質(zhì)量m=1kg的礦泉水瓶、刻度尺、量角器和細(xì)繩等器材,設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則,同時(shí)測(cè)出彈簧的勁度系數(shù)k。其操作如下:(1)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)測(cè)出彈簧的勁度系數(shù)k:a.將彈簧P上端固定,讓其自然下垂,用刻度尺測(cè)出此時(shí)彈簧P的長(zhǎng)度L0=12.50cm;b.將礦泉水瓶通過(guò)細(xì)繩連接在彈簧P下端,待礦泉水瓶靜止后用刻度尺測(cè)出此時(shí)彈簧P的長(zhǎng)度L1,如圖甲所示,則L1=________cm;

c.重力加速度g取10m/s2,則彈簧P的勁度系數(shù)k=______________N/m;

(2)該同學(xué)繼續(xù)采用圖乙方案驗(yàn)證力的平行四邊形定則,穩(wěn)定時(shí)彈簧P與彈簧Q剛好垂直,測(cè)出P、Q兩彈簧的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)2、L3,在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),當(dāng)L0、L1、L2、L3的大小滿足______________(用含有L0、L1、L2、L3符號(hào)的表達(dá)式表示),可驗(yàn)證力的合成滿足平行四邊形定則。

【解析】(1)b.此時(shí)彈簧P的長(zhǎng)度L1=17.50cmc.彈簧P的勁度系數(shù)k=mgL(2)力的合成滿足平行四邊形定則,則有[k(L1-L0)]2=[k(L2-L0)]2+[k(L3-L0)]2即(L1-L0)2=(L2-L0)2+(L3-L0)2答案:(1)b.17.50c.200(2)(L1-L0)2=(L2-L0)2+(L3-L0)24.(8分)某興趣小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”。提供的實(shí)驗(yàn)器材有:兩根完全相同的輕彈簧、手機(jī)、1個(gè)100g鉤碼、不計(jì)質(zhì)量的細(xì)線、重力為G的重物、刻度尺。重力加速度g=9.8m/s2,主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)如圖甲所示,用輕彈簧豎直掛起1個(gè)100g鉤碼時(shí),測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)量為1.00cm,則彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_________。

(2)如圖乙所示,用兩根輕彈簧互成角度地懸掛重物,待穩(wěn)定時(shí)測(cè)出a彈簧的伸長(zhǎng)量為4.00cm,b彈簧的伸長(zhǎng)量為2.00cm,用手機(jī)軟件測(cè)出兩側(cè)細(xì)線與豎直方向的夾角分別為α、β。(3)在白紙上以O(shè)點(diǎn)為力的作用點(diǎn),畫(huà)出OA、OB的拉力方向如圖丙中兩側(cè)虛線所示,請(qǐng)用力的圖示法畫(huà)出兩彈簧的拉力和它們的合力F(已知單位長(zhǎng)度表示的力為0.98N),由作圖結(jié)果可得合力F=__________N(保留兩位小數(shù))。

(4)以O(shè)點(diǎn)為力的作用點(diǎn),按照同一標(biāo)度畫(huà)大小為G、方向與重力方向相反的力F'。比較F與F'的____________,從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。

【解析】(1)彈簧的勁度系數(shù)為k=mgΔx=(3)a彈簧的伸長(zhǎng)量為4.00cm的彈力Fa=kxa=3.92Nb彈簧的伸長(zhǎng)量為2.00cm的彈力Fb=kxb=1.96N圖示法畫(huà)出二者的合力如圖所示由作圖結(jié)果可得合力F合=4.90N(4)以O(shè)點(diǎn)為力的作用點(diǎn),按照同一標(biāo)度畫(huà)大小為G、方向與重力方向相反的力F'。比較F與F'的大小和方向,從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。答案:(1)98N/m(3)圖見(jiàn)解析4.90(4.70~5.10之間都可以)(4)大小和方向5.(9分)如圖甲所示,某實(shí)驗(yàn)小組用如下器材驗(yàn)證力的合成遵循平行四邊形定則。先將傳感器A固定,把拴著重物C的橡皮筋掛在傳感器A上,穩(wěn)定后,記錄傳感器A的示數(shù)FA=3.00N,并測(cè)出此時(shí)橡皮筋的長(zhǎng)度為l1=20.00cm。再用一輕繩連接重物C與傳感器B,水平向右拉動(dòng)傳感器B,如圖乙所示,穩(wěn)定后,分別記錄兩傳感器A、B的示數(shù)F'A=5.00N、FB=4.10N,并測(cè)出此時(shí)橡皮筋的長(zhǎng)度為l2=24.00cm。(1)請(qǐng)?jiān)趫D丙中用力的圖示法作出FA、FB的合力F合,通過(guò)對(duì)比F合與F'A的大小和方向驗(yàn)證力的合成是否遵循平行四邊形定則。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出該橡皮筋的勁度系數(shù)k=________N/cm,橡皮筋的原長(zhǎng)l0=________cm。

【解析】(1)根據(jù)題意可知物體的重力為G=3.00N根據(jù)力的圖示法作出合力為(2)開(kāi)始時(shí),根據(jù)胡克定律G=k(l1-l0)代入數(shù)據(jù)有3.00N=k(20.00cm-l0)連接傳感器B后,有F'A=k(l2-l0)代入數(shù)據(jù)有5.00N=k(24.00cm-l0)聯(lián)立解得l0=14.00cmk=0.5N/cm答案:(1)見(jiàn)解析(2)0.514.006.(9分)(2023·全國(guó)乙卷)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有:木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧