高考物理系統(tǒng)性復(fù)習(xí) (考點(diǎn)分析) 第五節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究力的合成規(guī)律（附解析）

【考點(diǎn)分析】第五節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究力的合成規(guī)律【考點(diǎn)一】對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和操作的考查【典型例題1】(2021·江西月考)某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”。彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M，彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置。分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)，井在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向。(1)下列的實(shí)驗(yàn)要求中不必要是______A．細(xì)線AO與BO之間的夾角應(yīng)盡可能大于B．改變拉力的大小與方向，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置C．細(xì)線應(yīng)盡可能長(zhǎng)一些D．應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力(2)圖乙的示數(shù)為_(kāi)_____N；(3)圖丙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的力的圖示，下列說(shuō)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(shí)際測(cè)量值D．本實(shí)驗(yàn)將細(xì)繩都換成橡皮條，同樣能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹窘馕觥?1)[1]A．細(xì)線AO與BO之間的夾角適當(dāng)大一點(diǎn)，不一定需要大于90°，A錯(cuò)誤；B．當(dāng)結(jié)點(diǎn)O位置確定時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)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(cè)力計(jì)B的大小與方向也一定，所以不需要改變拉力多次實(shí)驗(yàn)，B錯(cuò)誤。C．細(xì)線應(yīng)盡可能長(zhǎng)一些，能更加準(zhǔn)確的記錄力的方向，C正確；D．實(shí)驗(yàn)通過(guò)做出三個(gè)力的圖示，來(lái)驗(yàn)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(cè)力計(jì)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(shí)際值測(cè)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(guò)平行四邊形定則得到的值。所以F是F1和F2的合力的實(shí)際值，F(xiàn)′是F1和F2的合力的測(cè)量值，B錯(cuò)誤，AC正確；D．本實(shí)驗(yàn)將細(xì)繩都換成橡皮條，同樣能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，D正確。故選ACD?！敬鸢浮緼B3.80ACD【歸納總結(jié)】1．相關(guān)原理：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)到同一位置，所以力F′就是這兩個(gè)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(shuō)明互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)遵循平行四邊形定則．2．注意事項(xiàng)(1)同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測(cè)力計(jì)的選取方法是：將兩只彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后互鉤對(duì)拉，讀數(shù)相同．(2)在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)，結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同．(3)用兩只彈簧測(cè)力計(jì)鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之間為宜．(4)實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)與木板平行，讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度，在合力不超過(guò)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(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力的方向．不要直接沿細(xì)繩套的方向畫(huà)直線，應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫(huà)一個(gè)點(diǎn)，去掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連接，即可確定力的方向．(6)在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫(huà)力的圖示所選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度，使所作力的圖示稍大一些．【考點(diǎn)二】對(duì)實(shí)驗(yàn)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(xí))為驗(yàn)證力的平行四邊形定則，某同學(xué)準(zhǔn)備了以下器材：支架，彈簧，直尺，量角器坐標(biāo)紙，細(xì)線，定滑輪(位置可調(diào))兩個(gè)，鉤碼若干。支架帶有游標(biāo)尺和主尺，游標(biāo)尺(帶可滑動(dòng)的指針)固定在底座上，主尺可升降，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)儀器調(diào)零。如圖1，將已測(cè)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(xì)線懸掛小鉤碼做為鉛垂線，調(diào)節(jié)支架豎直。調(diào)整主尺高度，使主尺與游標(biāo)尺的零刻度對(duì)齊?；瑒?dòng)指針，對(duì)齊掛鉤上的O點(diǎn)，固定指針。(2)搭建的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖2.鉤碼組mA=40g，鉤碼組mB=30g，調(diào)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(diǎn)重新對(duì)準(zhǔn)指針。實(shí)驗(yàn)中保持定滑輪、彈簧和鉛垂線共面。此時(shí)測(cè)得=36.9°，=53.1°，由圖3可讀出游標(biāo)卡尺示數(shù)為_(kāi)__________cm，由此計(jì)算出彈簧拉力的增加量F=___________N。當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭為9.80m/s2。(3)請(qǐng)將第(2)步中的實(shí)驗(yàn)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(zhì)量，重復(fù)以上步驟，比較F′和F的大小和方向，得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)中鉛垂線上小鉤碼的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果___________(填寫(xiě)“有”或“無(wú)”)影響?！窘馕觥?2)[1]游標(biāo)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(chǎn)生的拉力為，繩產(chǎn)生的拉力為，力的合成如圖(4)[4]在求解合力的過(guò)程中，求解的是彈簧彈力的變化量，所以小鉤碼的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)影響?！敬鸢浮?.780.489無(wú)【歸納總結(jié)】1．?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(huà)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為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過(guò)O點(diǎn)畫(huà)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實(shí)驗(yàn)步驟4中彈簧測(cè)力計(jì)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(yàn)證平行四邊形定則．2．誤差分析(1)彈簧測(cè)力計(jì)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(diǎn)三】含有傳感器等替代彈簧的實(shí)驗(yàn)研究【典型例題3】一同學(xué)用電子秤、水壺、細(xì)線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品，在家中驗(yàn)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(shí)電子秤的示數(shù)F。(2)如圖乙，將三細(xì)線L1、L2、L3的一端打結(jié)，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(kāi)細(xì)線L1，在白紙上記下結(jié)點(diǎn)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(kāi)細(xì)線L2，使________和三根細(xì)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(biāo)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(yàn)證?！窘馕觥?1)要測(cè)量裝滿水的水壺的重力，需記下水壺靜止時(shí)電子秤的示數(shù)F。(2)要畫(huà)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(jié)點(diǎn)O的位置的同時(shí)，也要記錄三細(xì)線的方向以及電子秤的示數(shù)F1。(3)已經(jīng)記錄了一個(gè)分力的大小，還要記錄另一個(gè)分力的大小，則結(jié)點(diǎn)O位置不能變化，力的方向也不能變化，所以應(yīng)使結(jié)點(diǎn)O的位置和三根細(xì)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(nèi)重合，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證?！敬鸢浮?1)靜止(2)三細(xì)線的方向(3)結(jié)點(diǎn)O的位置(4)F和F′在誤差允許的范圍內(nèi)重合【歸納總結(jié)】(1)用橡皮筋eq\o(→,\s\up7(替代))彈簧秤：三個(gè)相同的橡皮筋，可將三個(gè)橡皮筋系于一點(diǎn)，互成角度地將它們拉長(zhǎng)，記下各自的拉力方向，伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度，并測(cè)出原長(zhǎng)，根據(jù)伸長(zhǎng)量確定三個(gè)拉力的大小關(guān)系，再結(jié)合力的圖示作圖驗(yàn)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(shí)確定細(xì)繩中拉力的方向，再結(jié)合力的圖示作圖驗(yàn)證平行四邊形定則．(3)鉤碼eq\o(→,\s\up7(替代))彈簧秤．【考點(diǎn)四】力的平行四邊形定則的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【典型例題4】(2021·河北省邯鄲市)某同學(xué)利用如圖所示的器材驗(yàn)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(gè)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(dòng)。將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O，每個(gè)鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子的拉力FT1、FT2和FT3，回答下列問(wèn)題：(1)在實(shí)驗(yàn)中，若一根繩子掛的鉤碼質(zhì)量為m，另一根繩子掛的鉤碼質(zhì)量為2m，則第三根繩子所掛的鉤碼質(zhì)量M應(yīng)滿足關(guān)系：_________。(2)在拆下鉤碼和繩子前，最必要的一個(gè)步驟是_______。A．標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置，并記錄三段繩子的方向B．量出三段繩子的長(zhǎng)度C．用量角器量出三段繩子之間的夾角D．用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量(3)若改變桌面的傾斜角度，_______(填“會(huì)”或