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十六实验:探究两个互成角度的力的合成规律

(25分钟50分)

1.(8分)将橡皮条的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为0~5N、分度值为0.1N的弹簧测力计。沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮条的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图甲所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。

(1)由图甲可读出两个相互垂直的拉力的大小分别为F水平=4.0N和F竖直=2.5N(只需读到0.1N)。?

(2)在图乙的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。

答案:(2)如图所示

【解析】从图中可知,竖直方向的弹簧测力计的读数为2.5N,水平方向的弹簧测力计的读数为4.0N。因为读数2.5N、4.0N均是0.5N的整数倍,因此,选方格纸中一个小方格的边长表示0.5N的力,画出这两个力,应用平行四边形定则,求它们的合力。

2.(8分)某同学用橡皮条与弹簧测力计验证“力的平行四边形定则”,实验装置如图甲所示。其中A为固定橡皮条的图钉,OB和OC为细绳。

(1)本实验采用的科学方法是“等效替代法”,其含义是D。?

A.橡皮条可以用细绳替代

B.左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果

C.右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果

D.两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代

(2)某一次实验中,用一个弹簧测力计拉橡皮条使橡皮条与细绳的结点到达O点,弹簧测力计的示数如图乙所示,此时橡皮条的弹力大小为4.00N。?

(3)根据实验数据,该同学画出如图丙所示的示意图,示意图中F是F1、F2合力的理论值,F的方向一定沿图甲中的AO延长线方向。(均选填F或F)。?

【解析】(1)本实验采用的科学方法是“等效替代法”。其含义是两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代。故选D。

(2)弹簧测力计的分度值为0.1N,故此时橡皮条的弹力大小为4.00N。

(3)由图丙可知,实验中F是通过平行四边形得出合力的理论值,而F是通过一个弹簧测力计测得的合力的实际值,由于F是一个弹簧测力计测出的,该值方向一定沿AO方向。

3.(8分)(2024·锦州高一检测)某同学用两根完全相同的轻弹簧和一瓶矿泉水等器材验证力的平行四边形定则,实验时,先将一弹簧一端固定在墙上的钉子A上,另一端挂瓶矿泉水(与墙无摩擦),如图甲所示;然后将两弹簧一端分别固定在墙上的钉子A、B上,另一端连接于结点O,在结点O处挂瓶矿泉水(与墙无摩擦),静止时用智能手机的测角功能分别测出AO、BO与竖直方向的偏角α、β,如图乙所示。轻弹簧均在弹性限度范围内,改变钉子B的位置,按照上述方法多测几次。

(1)对于本实验,下列说法或操作正确的是B、C。?

A.结点O的位置必须固定

B.需要测量弹簧的劲度系数

C.需要测量弹簧的原长以及图甲、乙中弹簧的长度

(2)某次实验中,测得图乙中α=37°,β=53°,保持β不变,将OA从如图乙所示的位置沿逆时针缓慢转到水平位置,则该过程中OA中弹簧的长度一直增大,OB中弹簧的长度一直增大。(均选填“一直增大”“一直减小”“先减小后增大”或“先增大后减小”)?

【解析】(1)实验中重物重力是定值,所以不必保证O点固定不变,故A错误;实验中,图甲用来测量合力,图乙用来测量两个分力,根据胡克定律F=kx,可知必须测量弹簧的伸长量和弹簧的劲度系数,故B、C正确。

(2)矿泉水的重力的大小和方向不变,两弹簧弹力的合力不变,OB绳中拉力方向不变,根据平行四边形定则作图如图所示,可得OB中弹力将一直增大,OA中弹力将一直增大。

4.(8分)一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中做探究两个互成角度的力的合成规律的实验。

(1)如图(a),在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶静止时电子秤的示数F;?

(2)如图(b),将三细线L1、L2、L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉细线L1,在白纸上记下结点O的位置、三细线的方向和电子秤的示数F1;?

(3)如图(c),将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上,并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉细线L2,使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2;

(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示,若F和F在误差范围内重合,则探究得出两个互成角度的力的