高考物理必做实验高考真题汇编
实验3 探究两个互成角度力的合成规律
1. （2024年高考海南卷）为验证两个互成角度的力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材，按照如下实验步骤完成实验：
（Ⅰ）用图钉将白纸固定在水平木板上；
（Ⅱ）如图（d）（e）所示，橡皮条的一端固定在木板上的G点，另一端连接轻质小圆环，将两细线系在小圆环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置，并标记圆环的圆心位置为O点，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，大小分别为F1 = 3.60N、F2 = 2.90N；拉力F1和F2，改用一个弹簧测力计拉动小圆环，使其圆心到O点，在拉力F的方向上标记P3点，拉力的大小为F = 5.60N请完成下列问题：
（1）在图（e）中按照给定的标度画出F1、F2和F的图示，然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F′。______
（2）比较F和F′，写出可能产生误差的两点原因_____
【答案】（1） （2）①没有做到弹簧秤、细绳、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力计
【解析】
（1）按照给定的标度画出F1、F2和F的图示，然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F′，如下图所示
（2）F和F′不完全重合的误差可能是：①没有做到弹簧秤、细绳、橡皮条都与木板平行；②读数时没有正视弹簧测力计。
2 （2）（2022年6月浙江选考）“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示，在该实验中，
下列说法正确的是 ▲ （单选）；
A．拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同
B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点
C．测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦
D．测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板
若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要 ▲ （选填“2”、“3”或“4”）次把橡皮条结点拉到O。
【参考答案】①BD ②3
【命题意图】本题考查三个力学实验，意在考查实验探究能力。
【解题思路】
（2） “探究求合力的方法”的实验，在已记录结点位置的情况下，为减小误差，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点，测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，BD正确。
若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到O。第一次用一只弹簧秤将结点拉到O点；第二次用手和弹簧秤成一定角度分别拉一绳套将结点拉到O点，记下二者拉力方向；第3次手和弹簧秤互换，分别沿第2次的方向将结点拉到O点。
3．（2018年11月浙江选考物理）在“探究求合力的方法”的实验中，下列操作正确的是（ ）
A. 在使用弹簧秤时，使弹簧秤与木板平面平行
B. 每次拉伸橡皮筋时，只要使橡皮筋伸长量相同即可
C. 橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上
D. 描点确定拉力方向时，两点之间的距离应尽可能大一些
【参考答案】（1）AD
【解题思路】（1）在“探究求合力的方法实验”操作中，在使用弹簧秤时，使弹簧秤与木板平面平行，选项A操作正确；每次拉橡皮筋时，需要将橡皮筋拉到同一点，选项B操作错误；不需要橡皮筋与两细绳套夹角的平分线在同一直线上，选项C操作错误；描点确定拉力方向时，两点之间距离应尽可能大一些，可以减小拉力方向的误差，选项D正确。
4.（2018高考天津理综）某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条（带两个较长的细绳套），刻度尺，图钉（若干个）。
①具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是______。
A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上
B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同
C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度
D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力
②该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O，力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是_____。
【参考答案】 BC B
【名师解析】①为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，选项A错误；只有每一次实验时用一个力和用两个力拉橡皮条时的效果相同即可，即O点的位置相同，不需要每次实验的O点位置都相同，选项B正确；使用测力计时，施力方向应该沿测力计的轴线，读数时，视线应该正对弹簧测力计的刻度，选项C正确；由于两个力的合力可以大于任意一个分力，也可以等于一个分力，还可以小于任意一个分力，所以用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力可以大于或等于只用一个测力计时的拉力，选项D错误。
②AD表示的实验中选取力的标度过大，导致画力的图示时，线段太短，不利于提高实验精确度；图C中力太小，不利于做平行四边形，不利于提高实验精确度；所以对于提高实验精度最有利的是图B.
5．（6分）（2017全国III卷·22）某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在水平桌面上，如图（a）所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。
（1）用一只测力计将像皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图（b）所示，F的大小为__________N。
（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉像皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为和。
（i）用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力、的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力；
（ii）的大小为__________N，与拉力F的夹角的正切值为__________。
若与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。
【参考答案】（1） （2），（参考下图a）
【名师解析】（1）由于测力计的最小刻度为0.2N，根据读数规则，F的大小为4.0N。
（2）按平行四边形定则画出它们的合力，长度为20.0mm，其=4.0N。与拉力F的夹角的正切值为tanα==0.05.
6.（10分）(2016高考浙江理综物理).某同学在“探究弹簧和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m。如图1 所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下，
（1）弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是 N（图2中所示），则弹簧秤b的读数可能为 N。
（2）若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b 与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数是 、弹簧秤b的读数 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
【参考答案】（1）3.00~3.02，3.09~4.1（有效数不作要求）
（2）变大，变大
【名师解析】（1）弹簧伸长1.00cm，其弹簧弹力为F=kx=500×0.01N=5N。弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是3.00N。根据力矢量合成的平行四边形定则，弹簧秤b的读数可能为4.00 N。
（2）若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b 与弹簧OC的夹角，画出三力矢量三角形动态变化图，可知弹簧秤a的读数是变小、弹簧秤b的读数变小。
7.（2015·山东理综）（10分）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。
实验步骤：
①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。
②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2，间的距离（即橡皮筋的长度l）。每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：
F(N) 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
l（cm） l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05
③找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O’，橡皮筋的拉力记为Foo’。
④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA, OB段的拉力记为FOB。
完成下列作图和填空：
（1）利用表中数据在给出的坐标纸上（见答题卡）画出F—l图线，根据图线求得l0= cm
（2）测得OA=6.00cm，OB=7.60cm，则FOA的大小为 N。
（3）根据给出的标度，在答题卡上做出FOA和FOB的合力F’的图示。
（4）通过比较F’与 的大小和方向，即可得出实验结论。
【答案】（1）画出F—l图线如图。 10.00；
（2）1.8；
（3）做出FOA和FOB的合力F’的图示如图；
（4）FOO’
【解析】（1）利用表中数据在给出的坐标纸上画出F—l图线如图。由F—l图线在横轴上的截距可得l0=10.00cm。
（2）由F—l图线斜率可得橡皮筋的劲度系数k=50N/m.。测得OA=6.00cm，OB=7.60cm，则橡皮筋伸长为6.00cm+7.60cm-10.00cm=3.60cm，橡皮筋中的弹力F=k△l=1.8N，FOA的大小为1.8N。
（3）利用平行四边形定则，根据给出的标度，做出FOA和FOB的合力F’的图示如图。
（4）通过比较F’与Foo’的大小和方向，即可得出实验结论。
8 . (10 分) （2014江苏物理第11题）小明通过实验验证力的平行四边形定则.
(1 ) 实验记录纸如题 图1所示,O 点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力 F1和 F2 的方向分别过 P1 和 P2 点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力 F3 的方向过 P3 点. 三个力的大小分别为:F1=3.30 N、F2= 3.85 N 和 F3= 4.25 N. 请根据图中给出的标度作图求出 F1 和 F2 的合力.
(2 ) 仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度, 发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.
实验装置如题 图2所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于 O 点,下端 N 挂一重物. 用与白纸平行的水平力缓慢地移动 N，在白纸上记录下N 的轨迹. 重复上述过程,再次记录下 N 的轨迹。
两次实验记录的轨迹如题图3所示. 过 O 点作一条直线与轨迹交于 a、 b 两点, 则实验中橡皮筋分别被拉伸到 a 和 b 时所受拉力 Fa、Fb 的大小关系为 .
(3 ) 根据(2 ) 中的实验，可以得出的实验结果有哪些 ( 填写选项前的字母)
( A) 橡皮筋的长度与受到的拉力成正比
(B) 两次受到的拉力相同时,橡皮筋第 2 次的长度较长
( C) 两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第 2 次受到的拉力较大
( D) 两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大
(4 ) 根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.
答案：.（1）见图。
（2）Fa=Fb。
（3）BD
（4）橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋。（或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧。）
解析：由于a、b连线过橡皮筋的上端固定点O ，说明两次拉力相同。
根据(2 ) 中的实验，可以得出的实验结果有：橡皮筋的伸长与受到的拉力成正比；两次受到的拉力相同时,橡皮筋第 2 次的长度较长；两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第 2 次受到的拉力较小；两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大。
验证力的平行四边形定则实验注意事项主要有：橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋。,
9.（10分）（2012·浙江理综）在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤。
(1) 为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到实验数据如下表：
弹力F(N) 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
伸长量x(10-2m) 0.74 1.80 2.80 3.72 4.68 5.58 6.42
用作图法求得该弹簧的劲度系数k= N/m；
(2)某次实验中，弹簧秤的指针位置如图所示，其读数为 N,同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50N，请在答题纸上画出这两个共点力的合力F合；
（3）由图得到F合= N。
【答案】：（1）53
（2）2.10
（3）3.3
【解析】画出弹力F随伸长量x变化关系图象，
由图象斜率可得该弹簧的劲度系数k=53N/m；作出两个力的图示，根据平行四边形定则，得出这两个共点力的合力F合=3.3N。
10 （2011江苏物理卷第10题）某同学用如图1所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。
(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为_______N。
(2)下列不必要的实验要求是_________。(请填写选项前对应的字母)
(A)应测量重物M所受的重力
(B)弹簧测力计应在使用前校零
(C)拉线方向应与木板平面平行
(D)改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置
（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你提出两个解决办法。
【解析】：改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点处在白纸上记录的O点的位置，不必要每次都要使O点静止在同一位置，不必要的实验要求是D。同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，说明拉力和重物重力的合力大于了弹簧测力计B的量程，可减小弹簧测力计B拉力，减小重物M的质量，或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向。
【答案】(1)3.6 (2)D (3)①改变弹簧测力计B拉力的大小；②减小重物M的质量。
（或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等）
【点评】平行四边形定则是矢量合成遵循的定则，高考通过对“力的平行四边形定则”的实验验证，强化考生对矢量的理解。高考对“力的平行四边形定则”实验的考查难度一般不大。
11 .（2009山东理综卷）某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。
①为完成实验，下述操作中必需的是 。
a. 测量细绳的长度
b. 测量橡皮筋的原长
c. 测量悬挂重物后橡皮筋的长度
d. 记录悬挂重物后结点O的位置
②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验验证，可采用的方法是
【答案】①bcd ②更换质量不同的重物
解析：由胡克定律可知，需要知道橡皮筋的原长、悬挂重物后橡皮筋的长度，才能计算出各个橡皮筋中的相对弹力。需要记录悬挂重物后结点O的位置，才能确定上面两根橡皮筋中弹力的方向，所以操作中必需的是bcd。钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验验证，可采用的方法是更换质量不同的重物，挂在第三条橡皮筋的下端，改变三条橡皮筋中的弹力，再次验证平行四边形定则。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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