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【题型考点分析】实验：探究力的合成规律
【考点一】 对实验步骤的考查
【典型例题1】 某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：
A．在桌上放一块方木板， 在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；
B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；
C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；
D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；
E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；
F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论．
上述步骤中：
(1)有重要遗漏的步骤的序号是________和________；(2)遗漏的内容分别是____________和____________．
【考点二】 对实验原理和操作的考查
【典型例题2】 (2020－2021学年黑龙江省大庆市大庆中学高一(上)期中)在“验证力的平行四边形定则”实验中需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。
(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项
A．两根细绳必须等长
B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
D．在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等
E．在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置
其中正确的是___________(填入相应的字母)。
(2)“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图。
①图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是___________。
②本实验采用的科学方法是___________(填正确答案标号)。
A．理想实验法B．等效替代法
C．控制变量法D．建立物理模型法
(3)某同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2N，
两力的合力用F表示，关于F1、F2与F关系正确的有___________(填正确答案标号)。
A．F1=4N B．F=12N C．F2=8N D．F=10N
【考点三】 对实验数据处理和误差分析的考查
【典型例题3】 (2020－2021学年湖南省长沙市湖南师大附中高一(上)期中)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学第一步用一个弹簧测力计钩住细绳套拉橡皮条，使结点到达某一位置O；第二步用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套互成角度地拉橡皮条，使结点到达同一位置O．某同学的实验情况如图甲所示，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)第二步中必须记录的是( )
A．两细绳的长度和两细绳的方向
B．橡皮条伸长的长度和两细绳的方向
C．两弹簧测力计的读数和橡皮条伸长的长度
D．两细绳套的方向和两弹簧测力计的读数
(2)图乙是该同学在白纸上根据实验结果画出的图。
①图乙中的___是力F1和F2的合力的理论值；___是力F1和F2的合力的实际测量值。
②在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？答：___．(选填“会”或“不会”)
(3)下面列出的措施中，哪些是有利于改进本节实验以减小误差的( )
A．橡皮条弹性要好，拉到O点时拉力适当小些
B．两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C．拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧测力计平行贴近木板面
D．拉橡皮条的绳要细，而且要稍长一些
【考点四】 含有传感器等替代弹簧的实验研究
【典型例题4】 如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解．A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3 m的杆．将细绳连接在杆右端O点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作：(g取10 m/s2)
①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ；
②对两个传感器进行调零；
③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数；
④取下钩码，移动传感器A改变θ角．
重复上述实验步骤，得到表格．
F1 1.001 0.580 … 1.002 …
F2 －0.868 －0.291 … 0.865 …
θ 30° 60° … 150° …
(1)根据表格，A传感器对应的是表中力________(选填“F1”或“F2”)．钩码质量为________kg(保留一位有效数字)．
(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是________．
A．因为事先忘记调零
B．何时调零对实验结果没有影响
C．为了消除横杆自身重力对结果的影响
D．可以完全消除实验的误差
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【题型考点分析】实验：探究力的合成规律
【考点一】 对实验步骤的考查
【典型例题1】 某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：
A．在桌上放一块方木板， 在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；
B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；
C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；
D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；
E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；
F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论．
上述步骤中：
(1)有重要遗漏的步骤的序号是________和________；(2)遗漏的内容分别是____________和____________．
【解析】　本题主要考查在验证力的平行四边形定则实验中的实验步骤，要求理解、记住该实验的操作顺序．据验证力的平行四边形定则的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E.在C中未记下两条绳的方向；E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O.
【答案】　见解析
【考点二】 对实验原理和操作的考查
【典型例题2】 (2020－2021学年黑龙江省大庆市大庆中学高一(上)期中)在“验证力的平行四边形定则”实验中需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。
(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项
A．两根细绳必须等长
B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
D．在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等
E．在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置
其中正确的是___________(填入相应的字母)。
(2)“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图。
①图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是___________。
②本实验采用的科学方法是___________(填正确答案标号)。
A．理想实验法B．等效替代法
C．控制变量法D．建立物理模型法
(3)某同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2N，
两力的合力用F表示，关于F1、F2与F关系正确的有___________(填正确答案标号)。
A．F1=4N B．F=12N C．F2=8N D．F=10N
【解析】 (1)[1]A．两根细绳没有必要等长，A错误；
B．橡皮条没有必要与两绳夹角的平分线在同一直线上，B错误；
C．为了减小读数误差，在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行，C正确；
D．在用两个弹簧秤同时拉细绳时没有必要使两个弹簧秤的读数相等，D错误；
E．为了使两次力的作用效果相同，在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置，E正确。故选CE。
(2)[2]由二力平衡条件，F′方向一定沿AO方向。
[3]因为两次拉力的作用效果相同，则本实验采用的科学方法是等效替代法，B正确，ACD错误。
故选B。
(3)[4]根据平行四边形法则作图，合力的大小为12N，B正确，ACD错误。
故选B。
【答案】 (1)CE (2)F′ (3)B (4)B
【归纳总结】
1．相关原理：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一位置，所以力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示．再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否相同，若相同，则说明互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则．
2．注意事项
(1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，读数相同．
(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同．
(3)用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜．
(4)实验时弹簧测力计应与木板平行，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些．
(5)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向．
(6)在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．
【考点三】 对实验数据处理和误差分析的考查
【典型例题3】 (2020－2021学年湖南省长沙市湖南师大附中高一(上)期中)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学第一步用一个弹簧测力计钩住细绳套拉橡皮条，使结点到达某一位置O；第二步用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套互成角度地拉橡皮条，使结点到达同一位置O．某同学的实验情况如图甲所示，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)第二步中必须记录的是( )
A．两细绳的长度和两细绳的方向
B．橡皮条伸长的长度和两细绳的方向
C．两弹簧测力计的读数和橡皮条伸长的长度
D．两细绳套的方向和两弹簧测力计的读数
(2)图乙是该同学在白纸上根据实验结果画出的图。
①图乙中的___是力F1和F2的合力的理论值；___是力F1和F2的合力的实际测量值。
②在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？答：___．(选填“会”或“不会”)
(3)下面列出的措施中，哪些是有利于改进本节实验以减小误差的( )
A．橡皮条弹性要好，拉到O点时拉力适当小些
B．两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C．拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧测力计平行贴近木板面
D．拉橡皮条的绳要细，而且要稍长一些
【解析】 (1)[1]力的合成与分解要满足平行四边形定则，必须要知道力的大小和方向，才能作出力的平行四边形，故A、B、C错误，D正确。
(2)①[2][3]F1与F2合成的理论值是通过平行四边形定则算出的值，而实际值是单独一个力拉O点的时的值，故F是F1与F2合成的理论值，F′是F1与F2合成的实际值。
②[4]细绳换成橡皮筋后橡皮筋本身的张力还是会把实验用的橡皮筋拉到O点作用效果不变，所以绳子和橡皮筋张力一样，实验结果不会发生变化．
(3)[5]A．拉力“适当”大些能减小误差，故A错误；
B．两个分力F1和F2间的夹角要适当太大或太小，都会使作图误差变大，故B错误；
CD．橡皮条等贴近木板，目的是使拉线水平，绳细且稍长便于确定力的方向，都可以减小实验误差，故CD正确。
【答案】 (1)D (2)F (3)F' (4)不会 (5)CD
【归纳总结】
1．数据处理
(1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形， 过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．
(2)用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测力计的拉力F′的图示．
(3)比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．
2．误差分析
(1)弹簧测力计本身的误差．
(2)读数误差和作图误差．
(3)两分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差ΔF也越大．
【考点四】 含有传感器等替代弹簧的实验研究
【典型例题4】 如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解．A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3 m的杆．将细绳连接在杆右端O点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作：(g取10 m/s2)
①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ；
②对两个传感器进行调零；
③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数；
④取下钩码，移动传感器A改变θ角．
重复上述实验步骤，得到表格．
F1 1.001 0.580 … 1.002 …
F2 －0.868 －0.291 … 0.865 …
θ 30° 60° … 150° …
(1)根据表格，A传感器对应的是表中力________(选填“F1”或“F2”)．钩码质量为________kg(保留一位有效数字)．
(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是________．
A．因为事先忘记调零
B．何时调零对实验结果没有影响
C．为了消除横杆自身重力对结果的影响
D．可以完全消除实验的误差
【解析】　(1)A传感器中的力均为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时，mg＝F1sin θ，当θ＝30°时，F1＝1.001 N，可求得m≈0.05 kg.
(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是为了消除横杆自身重力对结果的影响，故C正确．
【答案】　(1)F1　0.05　(2)C
【归纳总结】 (1)用橡皮筋 弹簧秤：三个相同的橡皮筋，可将三个橡皮筋系于一点，互成角度地将它们拉长，记下各自的拉力方向，伸长后的长度，并测出原长，根据伸长量确定三个拉力的大小关系，再结合力的图示作图验证平行四边形定则．
(2)使用力传感器：用力传感器确定各力的大小，同时确定细绳中拉力的方向，再结合力的图示作图验证平行四边形定则．
(3)钩码 弹簧秤．
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