《2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训》专题13 探究两个互成角度的力的合成规律（解析版）

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2023 届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训

专题 13 探究两个互成角度的力的合成规律

【特训典例】

1．两位同学一起做“研究共点力的合成”实验。

（1）实验采用的主要科学方法是( )

A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法D．模拟研究法

（2）他们的实验操作的部分步骤如下，老师指出①、②步骤中各有一处存在遗漏。

①一位同学直接取用图（a）的两个弹簧测力计分别钩住绳套，平行于图板互成角度地拉伸橡皮筋使结点

至P点（示意图如（b）），另一同学记录下 P点位置、两测力计对应拉力 F1、F2的大小和方向。

②再用一只弹簧测力计，通过一个细绳套拉伸橡皮筋使其伸长相同长度，记录测力计的示数 F′和细绳的

方向，并按同一标度作出 F′的图示。

请说明①步骤中遗漏的内容_________；②步骤中遗漏的内容_____。

（3）两同学怀疑实验中的橡皮筋会因多次拉伸而弹性发生变化，于是设计如下实验来探究：将钉有白纸

的图板竖直固定，橡皮筋上端固定于 O点，一个细绳套上挂一重物，用与白纸平行的水平力拉另一细绳套，

缓慢移动结点，在白纸上记录下结点的轨迹，如图（c）中“轨迹 1”所示。

把橡皮筋多次拉伸后，重复实验，在同一张纸上记录下结点的轨迹 2，如图（d）所示。过 O点作一条直线

与轨迹交于 a、b两点，则两次实验中橡皮筋分别被拉到 a、b时，橡皮筋拉力的方向_____（选填“相同”

或“不同”），由此推断拉力的大小 Fa____Fb（选填“>”、“<”或“=”）。

【答案】ÑÑÑÑ B 弹簧测力计使用前应水平调零ÑÑÑÑ 应把橡皮筋的结点拉到同一位置ÑÑÑÑ

相同ÑÑÑÑ =

【详解】（1）[1]研究共点力的合成是保证两个力拉橡皮筋的效果和一个力拉橡皮筋的效果相同，故采用

了等效替代法，故选 B；

（2）[2]两只弹簧测力计使用前指针没有指到零刻度先，则步骤①中遗漏的内容为弹簧测力计使用前应水

平调零；

[3]为了保证两次拉动橡皮筋的效果相同，则②步骤中遗漏的内容应把橡皮筋的结点拉到同一位置；

（3）[4]过O点作一条直线与轨迹交于 a、b两点，橡皮筋的拉力沿橡皮筋收缩的方向，则两次实验中橡皮

筋的拉力方向相同；

[5]由于缓慢地移动 P，结点始终处于平衡，而所受重力不变，而橡皮筋的拉力方向不变，由力的三角形规

律可得 Fa、Fb的大小关系为

2．某实验小组用如图 1所示装置进行验证力的平行四边形定则的实验，其中 A为固定橡皮筋的图钉，O为

橡皮筋与细绳的结点，OB 和OC 为细绳。

（1）某次实验中两弹簧测力计拉力及两个拉力的合力 F的示意图如图 2所示，F′为一个弹簧测力计拉橡皮

筋时的拉力。如果没有操作失误则图 2中的 F与F′两方中，方向一定沿 AO 方向的是____________。

（2）关于实验操作，下列步聚中必要的是___________。

A．实验前要用力拉弹簧测力计挂钩，检查指针能否达到最大量程处

B．实验前要将两只弹簧测力计竖直互钩对拉，检查两弹簧测力计读数是否相同

C．两分力的夹角应取 90°较好，便于之后运算中采用勾股定理以验证平行四边形定则

D．拉力方向应与木板平面平行，且两个分力的值要适当大些

（3）同学接着进行了如图 3所示的实验，一竖直木板上固定白纸，白纸上附有角度刻度线，弹簧测力计 a

和b连接细线系于 O点，其下端用细线挂一重物 Q，使结点 O静止在角度刻度线的圆心位置。分别读出弹

簧测力计 a和b的示数，并在白纸上记录拉线的方向。则图中弹簧测力计 a的示数为___________N；弹簧

测力计 a、b均绕 O点顺时针缓慢转动，且保持两弹簧测力计间的夹角不变，直到弹簧测力计 a方向水平为

止，此过程中弹簧测力计 a的示数会___________、弹簧测力计 b的示数会__________（填“变大”、“不

变”、“变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）。

【答案】ÑÑÑÑ F′ D 5.80 变小ÑÑÑÑ 变大

【详解】（1）[1] 用一根弹簧秤拉皮筋时，拉力的方向与橡皮筋的方向在同一条直线上，即F与F′两个力

中，方向一定沿 AO 方向的是 F′ 。

（2）[2] A．在使用弹簧之前不用将弹簧秤用力拉，看是否能达到最大量程，故 A错误；

B．弹簧测力计使用前应该校零，即将两弹簧测力计调零后水平互钩对拉，选择两个读数相同的测力计，

竖直互拉会有重力的影响，故 B错误；

C．两个分力夹角θ不宜过大，也不宜过小，不一定非要是 90°，也不用勾股定理求解合力以验证平行四边

形定则，故 C错误；

D．本实验是通过在白纸上作力的图示来验证平行四边形定则，为了减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮

条都应与木板平行，否则，作出的是拉力在纸面上的分力，误差较大，为了减小作图时画线的误差，弹簧

秤的拉力应适当大一些，故 D正确。故选 D。

（3）[3] 弹簧测力计 a的分度值为0.1N，需要估读到0.01N，所以示数为 5.80N。

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